教科版选修31 电源的电动势和内阻　闭合电路欧姆定律 课件 （共45张）.pptx

第二章直流电路 4电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律 1 理解电源的电动势及内阻的含义 2 理解闭合电路欧姆定律 理解内 外电路的电势降落 3 会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与负载的关系 并能进行电路分析与计算 学习目标 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 电源的电动势和内阻 1 如图1所示 图 a 中两导体之间有一定的电势差 当与小灯泡连在一起后 小灯泡发光 此过程中能量是如何转化的 随着两导体间电势差的减小 小灯泡亮度如何变化 答案 图1 图 b 中将蓄电池和小灯泡构成闭合电路 小灯泡能持续发光 是什么装置使小灯泡两端有持续的电压 此过程能量是如何转化的 用什么物理量描述电源把其他形式的能转化为电能的本领大小 两导体间储存的电势能转化为电路的电能 电能转化为光能 小灯泡亮度逐渐减小 直至熄灭 是电源提供了持续的电压 电源把化学能转化为电路的电能 电能又转化为光能 用电动势描述电源把其他形式的能转化为电能的本领大小 2 用电压表测量一节干电池两端电压 然后把这节干电池与小灯泡构成闭合回路 再测量电池两端电压 比较两次测量结果 为什么第二次测量的电压较小 由此能否说明电源内部分得一部分电压 即电源内部有电阻 电源内部有电阻 电路闭合时 内电阻分得一部分电压能 答案 1 电动势 1 电动势是反映电源将其他形式的能转化为电势能的本领大小的物理量 它等于电源未接入电路时 间的电势差 用字母 表示 2 单位 伏特 符号 v 3 决定因素 由电源自身特性决定 跟电源的体积无关 跟外电路无关 2 电源的内阻 电源内部电路上的电阻叫电源的内电阻 简称内阻 两极 e 判断下列说法的正误 1 同一电源接入不同的电路 电动势会发生变化 2 1号干电池比7号干电池的体积大 但电动势相同 3 电动势 电压和电势差虽名称不同 但物理意义相同 所以单位也相同 4 电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领 电源把其他形式的能转化为电能越多 电动势就越大 1 把电源 开关 电阻r用导线连接组成闭合电路 仔细分析电路 闭合电路由哪几部分组成 二 闭合电路欧姆定律 内电路 电源 外电路 开关 导线 电阻r 答案 2 由部分电路欧姆定律知 各部分上电势降落各为多少 与电动势有什么关系 在内电路上 电流流过内阻r 电势降落u ir 在外电路上 电流流过电阻r 电势降落u ir e u u ir ir 答案 1 内 外电路中的电势变化 外电路中电流由电源 流向 沿电流方向电势 内电路中电流由电源 流向 沿电流方向电势 2 闭合电路欧姆定律 1 内容 在外电路为纯电阻的闭合电路中 电流的大小跟电源的电动势成 跟内 外电路的 成反比 2 公式 i 适用于纯电阻电路 3 其他两种表达形式e u外 u内 适用于所有电路 e ir ir 适用于纯电阻电路 正极 负极 降低 负极 正极 升高 正比 电阻之和 判断下列说法的正误 1 电动势越大 闭合电路的电流越大 2 电源电动势和内阻一定时 外电阻越大 电流越小 3 e u ir适用于任何电路 4 某电源电动势为10v 内阻为2 外接一线圈电阻为8 的电动机 则电路中的电流为1a 1 在如图2所示的电路中 电源的电动势e 10v 内电阻r 1 试求当外电阻分别是3 4 7 时所对应的路端电压 通过数据计算 你发现了怎样的规律 三 路端电压与负载的关系 答案 图2 外电压分别为7 5v 8v 8 75v 随着外电阻的增大 路端电压逐渐增大 2 如图3所示 以电路中的电流为横轴 路端电压为纵轴 建立路端电压u与电流i的u i图像 图线与纵轴的交点 与横轴的交点 纵坐标从零开始 斜率的绝对值的物理意义各是什么 图线与纵轴的交点表示电源的电动势 图线与横轴的交点表示短路电流 图线斜率的绝对值表示电源的内阻 即 答案 图3 1 路端电压与负载的关系 1 路端电压的表达式 u 2 路端电压随外电阻的变化规律 当外电阻r增大时 由i 可知电流i 路端电压u e ir 当外电阻r减小时 由i 可知电流i 路端电压u e ir 两种特殊情况 当外电路断开时 电流i变为 u 即断路时的路端电压等于 当电源短路时 外电阻r 0 此时i e ir 减小 e 增大 增大 减小 0 电源电动势 2 路端电压与电流的关系图像 如图4所示 1 u轴截距表示 纵坐标从零开始时 i轴截距等于 2 直线 等于电源的内阻 即内阻r 电源电动势 斜率的绝对值 短路电流 图4 判断下列说法的正误 1 在闭合电路中 外电阻越大 路端电压越大 2 电路断开时 电路中的电流为零 路端电压也为零 3 外电路短路时 电路中的电流无穷大 4 在u i图像中 无论纵坐标是否从零开始 i轴截距都等于短路电流 2 题型探究 一 闭合电路欧姆定律的应用 闭合电路欧姆定律的几种表达形式 1 电流形式 i 说明电流与电源电动势成正比 与电路的总电阻成反比 2 电压形式 e ir ir或e u内 u外 表明电源电动势在数值上等于电路中内 外电压之和 说明 i 或e ir ir只适用于外电路是纯电阻的闭合电路 e u外 u内或u外 e ir 既适合于外电路为纯电阻的电路 也适合于非纯电阻电路 例1在图5所示的电路中 r1 9 r2 5 当a b两点间接理想的电流表时 其读数为0 5a 当a b两点间接理想的电压表时 其读数为1 8v 求电源的电动势和内电阻 图5 答案 解析 3v1 当a b两点间接理想的电流表时 r1被短路 回路中的电流i1 0 5a 由闭合电路欧姆定律得 e i1 r2 r 当a b两点间接理想的电压表时 回路中的电流 0 2a由闭合电路欧姆定律得 e i2 r2 r1 r 联立 并代入数据 解得 e 3v r 1 解决闭合电路问题的一般步骤1 分析电路特点 认清各元件之间的串并联关系 特别要注意电压表测量哪一部分的电压 电流表测量流过哪个用电器的电流 2 应用闭合电路的欧姆定律求干路中的电流 3 根据部分电路的欧姆定律和电路的串并联特点求出部分电路的电压和电流 针对训练1如图6所示 电源电动势为6v 内阻为1 r1 5 r2 10 滑动变阻器r3的阻值变化范围为0 10 求电路中的总电流的变化范围 图6 答案 解析 0 55 1a 二 u i图像的理解和应用 例2 多选 如图7所示为某一电源的u i图线 由图可知a 电源电动势为2vb 电源内电阻为 c 电源短路时电流为6ad 电路路端电压为1v时 电路中电流为5a 图7 答案 解析 在本题的u i图线中 纵轴截距表示电源电动势 a正确 横轴截距表示短路电流 c错误 图线斜率的绝对值表示电源的内电阻 则r 0 2 b错误 当路端电压为1v时 内电阻分得的电压u内 e u外 2v 1v 1v 则电路中的电流d正确 针对训练2 多选 如图8所示 甲 乙为两个独立电源 外电路为纯电阻 的路端电压与通过它们的电流i的关系图线 下列说法中正确的是a 电源甲的电动势大于电源乙的电动势b 电源甲的内阻小于电源乙的内阻c 路端电压都为u0时 它们的外电阻相等d 电流都是i0时 两电源的内电压相等 图8 答案 解析 图线与u轴交点的坐标值表示电动势的大小 由图线可知 甲与u轴交点的坐标值比乙的大 表明甲的电动势大于乙的电动势 故a正确 图线的斜率的绝对值表示电源内阻 电动势与短路电流的比值 图线甲的斜率大于图线乙的斜率 表明甲的内阻大于乙的内阻 故b错误 甲 乙两图线的交点坐标为 i0 u0 外电路是纯电阻说明两电源的外电阻相等 故c正确 电源的内电压等于通过电源的电流与电源内阻的乘积 即u内 ir 因为甲的内阻比乙的内阻大 所以当电流都为i0时 甲电源的内电压较大 故d错误 故选a c 三 闭合电路的动态分析 闭合电路动态问题的分析方法 1 程序法基本思路 电路结构的变化 r的变化 r总的变化 i总的变化 u内的变化 u外的变化 固定支路 并联分流i串联分压u 变化支路 2 结论法 并同串反 并同 是指某一电阻增大时 与它并联或间接并联的电阻中的电流 两端电压 电功率都将增大 某一电阻减小时 与它并联或间接并联的电阻中的电流 两端电压 电功率都将减小 串反 是指某一电阻增大时 与它串联或间接串联的电阻中的电流 两端电压 电功率都将减小 某一电阻减小时 与它串联或间接串联的电阻中的电流 两端电压 电功率都将增大 c 电压表读数增大 电流表a1读数减小 a2读数增大d 电压表读数减小 电流表a1读数增大 a2读数减小 例3电动势为e 内阻为r的电源与定值电阻r1 r2及滑动变阻器r连接成如图9所示的电路 当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时 下列说法正确的是a 电压表和电流表读数都增大b 电压表和电流表读数都减小 图9 答案 解析 由题图可知滑动变阻器的触头由中点滑向b端时 滑动变阻器连入电路中的阻值r增大 则外电路的总阻值r总增大 干路电流i 因r总增大 所以i减小 故a1示数减小 路端电压u e ir 因i减小 所以u增大 即电压表的读数增大 r2两端电压u2 e i r1 r 因i减小 所以u2增大 由i2 知 i2增大 即电流表a2的读数增大 故选项c正确 选项a b d错误 解决闭合电路动态问题的一般思路1 分析电路 明确各部分电路的串 并联关系及电流表或电压表的测量对象 2 由局部电阻变化判断总电阻的变化 3 由i 判断总电流的变化 4 据u e ir判断路端电压的变化 5 由欧姆定律及串 并联电路的规律判断各部分的电路电压及电流的变化 针对训练3如图10所示 a b c三只电灯均能发光 当把滑动变阻器的触头p向下滑动时 三只电灯亮度的变化是a a b c都变亮b a b变亮 c变暗c a c变亮 b变暗d a变亮 b c变暗 图10 答案 解析 滑动变阻器的触头p向下滑动时 滑动变阻器连入电路的阻值r减小 所以电路总阻值r总减小 由闭合电路欧姆定律知总电流 i总 变大 通过a的电流增大 故a变亮 由于i总变大 所以内阻上的电压 u内 i总r 变大 所以c两端的电压 uc e ua u内 变小 通过c的电流ic变小 所以c变暗 由于i总变大 ic变小 所以通过b的电流 ib i总 ic 一定增大 b灯变亮 选项b正确 达标检测 3 1 在已接电源的闭合电路里 关于电源的电动势 内电压 外电压的关系 下列说法正确的是a 若外电压增大 则内电压增大 电源电动势也会随之增大b 若外电压减小 内电阻不变 内电压也就不变 电源电动势必然减小c 若外电压不变 则内电压减小 电源电动势也会随内电压减小d 若外电压增大 则内电压减小 电源的电动势始终等于二者之和 答案 4 5 1 2 3 2 将内阻为0 5 的电池组与阻值为0 75 的电阻 标有 6v7 2w 的小灯泡串联 就可以使这个小灯泡正常发光 由此可知 所用电池组的电动势是a 6vb 7 5vc 9vd 10 5v 答案 4 1 2 3 5 3 多选 如图11所示为闭合电路中两个不同电源的u i图像 则下列说法中正确的是a 电动势e1 e2 短路电流i1 i2b 电动势e1 e2 内阻r1 r2c 电动势e1 e2 内阻r1 r2d 当工作电流变化量相同时 电源2的路端电压变化较大 答案 解析 4 1 2 3 图11 5 由闭合电路的欧姆定律得e u ir 当i 0时电动势e等于路端电压u 即u i图线和u轴的交点就是电源电动势 由题图知 两电源的电动势相等 当u 0时i u i图线和i轴的交点就是短路电流 由题图知i1 i2 a正确 而即图线的斜率的绝对值表示电源的内阻 由题图知r1 r2 b c错误 当工作电流变化量相同时 因为r1 r2 电源2内电压变化较大 由闭合电路的欧姆定律e u外 u内 可知电源2的路端电压变化较大 d正确 4 1 2 3 5 4 如图12所示的电路 闭合开关s 待电路中的电流稳定后 减小r的阻值 则a 电流表的示数减小b 电压表的示数减小c 电阻r2两端的电压减小d