选修3-1 27闭合电路的欧姆定律(第一课时)

1、2.72.7 闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律 第二章恒定电流第二章恒定电流 东海县白塔高级中学高二物理组东海县白塔高级中学高二物理组 （第一课时）（第一课时） I R U 1 1、什么是电源？、什么是电源？ 2 2、电源电动势的概念、电源电动势的概念? ?物理意义物理意义? ? 通过非静电力做功把其它形式能转换成电能的装置通过非静电力做功把其它形式能转换成电能的装置. （1 1）定义：在电源内部非静电力把单位正电荷从）定义：在电源内部非静电力把单位正电荷从 电源的负极移到正极所做的功。电源的负极移到正极所做的功。 （3 3）公式：）公式：E=WE=W非非/q/q 3 3、如何计算电路中电

2、能转化为其它形式的能？、如何计算电路中电能转化为其它形式的能？ W = UI t对于纯电阻电路对于纯电阻电路t 2 2 U W=UIt=I Rt= R 复习回顾复习回顾 （2 2）意义：电动势表示电源将其他形式的能转化）意义：电动势表示电源将其他形式的能转化 为电能本领。为电能本领。 基 本 概 念 用导线把电用导线把电 源、用电器连成的一个源、用电器连成的一个 完整的电路完整的电路 由用电器、由用电器、 导线组成的叫外电路导线组成的叫外电路 电源内部的电路电源内部的电路 叫内电路叫内电路 R S 内电路内电路 外电路外电路 Er r E 内电路内电路 等等 效 效 r E 内电路内电路 R

3、S 外电路外电路 在外电路中，正电荷在恒定电场的作用下在外电路中，正电荷在恒定电场的作用下 由正极移向负极；在电源中，非静电力把正电由正极移向负极；在电源中，非静电力把正电 荷由负极移向正极。荷由负极移向正极。 正电荷在静电力的作用下从电势高的位置正电荷在静电力的作用下从电势高的位置 向电势低的位置移动，电路中正电荷的定向移向电势低的位置移动，电路中正电荷的定向移 动方向就是电流的方向，所以动方向就是电流的方向，所以在外电路中，沿在外电路中，沿 电流方向电势降低电流方向电势降低。 由于正电荷沿某方向的移动与负由于正电荷沿某方向的移动与负 电荷沿相反方向的移动等效，本节讨电荷沿相反方向的移动等效

4、，本节讨 论仍认为电路中是正电荷在做定向移论仍认为电路中是正电荷在做定向移 动。动。 甲图中电源是一个化学电池，电池的正极和负极附近甲图中电源是一个化学电池，电池的正极和负极附近 分别存在着化学反应层。反应层中非静电力（化学作用）分别存在着化学反应层。反应层中非静电力（化学作用） 把正电荷从电势低处移至电势高处，在这两个地方，沿电把正电荷从电势低处移至电势高处，在这两个地方，沿电 流方向电势流方向电势“跃升跃升”。这样，整个闭合电路的电势高低变。这样，整个闭合电路的电势高低变 化情况就如图乙所示。图中各点位置的高低表示电路中相化情况就如图乙所示。图中各点位置的高低表示电路中相 应各点电势的高低

5、应各点电势的高低。 R S r E BA 内电路内电路 外电路外电路 甲甲乙乙 图乙中，图乙中，a a为电源正极，为电源正极，b b为电源负极。外电为电源负极。外电 路电阻为路电阻为R R，闭合电路的电流为，闭合电路的电流为I I。我们分三个部。我们分三个部 分考虑整个电路中的能量转化。分考虑整个电路中的能量转化。 1.1.在时间在时间t t内，外电路中电流做功产生的热为：内，外电路中电流做功产生的热为： Q外 外=I2Rt 2.2.内电路与外电路一样，也存在着恒定电场，正内电路与外电路一样，也存在着恒定电场，正 电荷也是在静电力的作用下移动的，这一区域的电荷也是在静电力的作用下移动的，这一区

6、域的 电阻是内电阻，记为电阻是内电阻，记为r r。在时间。在时间t t内，内电路中电内，内电路中电 流做功产生的热为：流做功产生的热为： Q内 内=I2rt 3.bc3.bc和和dada是化学反应层。设两反应层电动势之和是化学反应层。设两反应层电动势之和 为为E E，则时间，则时间t t内非静电力做的功为：内非静电力做的功为： W=Eq=EIt 根据能量守恒定律，非静电力做的功应该等于根据能量守恒定律，非静电力做的功应该等于 内外电路中电能转化为其他形式的能的总和，内外电路中电能转化为其他形式的能的总和， 即即W=QW=Q外外+Q+Q内内，所以，所以 EIt=I2Rt+I2rt 整理后得到整理

7、后得到 E=IR+Ir （1） 也就是也就是 (2) E I Rr 闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，闭合电路的电流跟电源的电动势成正比， 跟内、外电路的电阻之和成反比。跟内、外电路的电阻之和成反比。 我们用我们用U外 外表示式中的 表示式中的IR，它是外电路上总的，它是外电路上总的 电势降落，习惯上叫做路端电压；用电势降落，习惯上叫做路端电压；用U内 内表示式中 表示式中Ir， 它是内电路的电势降落。所以闭合电路的欧姆定律它是内电路的电势降落。所以闭合电路的欧姆定律 的公式也可以写成：的公式也可以写成： 闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律 E=U外 外+U内内 （3） 这就是说，这就是说

8、，电源的电动势等于内外电路电源的电动势等于内外电路 电势降落之和电势降落之和。这个结论在乙图中已经形象。这个结论在乙图中已经形象 的表示出来了：从电源正极的表示出来了：从电源正极a沿闭合电路的沿闭合电路的b、 c、d绕一周再回到绕一周再回到a时，一路上电势降落的总时，一路上电势降落的总 和，必定等于电势升高的总和。和，必定等于电势升高的总和。ab间的电势间的电势 降落为降落为U外 外， ，cd间的电势降落为间的电势降落为U内 内，而 ，而bc、 da电势跃升的总和就是电动势电势跃升的总和就是电动势E。 电源的种类很多，形成非静电力的机理电源的种类很多，形成非静电力的机理 也不一样。但对于所有电

9、源，（也不一样。但对于所有电源，（2）式所表）式所表 示的闭合电路的欧姆定律都是成立的。示的闭合电路的欧姆定律都是成立的。 4 4、适用条件：适用于纯电阻电路，适用于任意电路。、适用条件：适用于纯电阻电路，适用于任意电路。 （1 1）闭合电路的欧姆定律文字表述：闭合电路中的电流）闭合电路的欧姆定律文字表述：闭合电路中的电流I I跟跟 电源的电动势电源的电动势E E成正比成正比, ,跟内外电路的电阻之和跟内外电路的电阻之和R+rR+r成反比成反比 （2 2）三种公式表述：）三种公式表述： rR E I 内外 UUE 或或 E=IR+Ir 例例1：在如图所示的电路中，电源的电动势为在如图所示的电路

10、中，电源的电动势为 1.5V，内阻为，内阻为0.12，外电路的电阻为，外电路的电阻为1.38， 求电路中的电流和路端电压求电路中的电流和路端电压. R S ErA1A 12. 038. 1 5 . 1 rR E I V38. 1V38. 11 IRU 电源加在负载（用电器）上的电源加在负载（用电器）上的“有效有效”电压电压 是路端电压，所以研究路端电压与负载的关系有是路端电压，所以研究路端电压与负载的关系有 实际意义。下面我们通过一个实验验证一下这个实际意义。下面我们通过一个实验验证一下这个 说法。同学们如果有条件可以亲自操作实验，这说法。同学们如果有条件可以亲自操作实验，这 样你会更容易掌握

11、所学知识。样你会更容易掌握所学知识。 路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路路端电压：外电路的电势降落，也就是外电路 两端的电压，通常叫做路端电压。两端的电压，通常叫做路端电压。 按下图所示连接电路。闭合开关按下图所示连接电路。闭合开关S0以接通以接通 电源，再闭合开关电源，再闭合开关S，改变外电路的，改变外电路的电阻电阻R，观，观 察路端电压怎样随着负载的变化而变化。察路端电压怎样随着负载的变化而变化。 认真观察电路图，然后认真观察电路图，然后 连接实际电路，根据指示连接实际电路，根据指示 操作实验，记录数据，看操作实验，记录数据，看 能得到一个怎样的结果。能得到一个怎样的结果。 研究路端

12、电压研究路端电压 实验实验 A V S R0 R S0 实验表明：实验表明：当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大；当外电阻增大时，电流减小，路端电压增大； 当外电阻减小时，电流增大，路端电压减小。当外电阻减小时，电流增大，路端电压减小。 现在用前面学过的知识讨论它们之间的关系。现在用前面学过的知识讨论它们之间的关系。 由由E=U外 外+U内内和 和U内 内=Ir可以求得路端电压的表达式： 可以求得路端电压的表达式： U=E-Ir 就某个电源来说，电动势就某个电源来说，电动势E和和内阻内阻r是一定的，是一定的， 当外电阻当外电阻R增加时，增加时，电流电流I减小，因此内电路的电势减小，因此内电路

13、的电势 降落降落U内内=Ir减小。由上式知，这时路端电压减小。由上式知，这时路端电压U增大。增大。 相反，当外电阻相反，当外电阻R减小时，电流减小时，电流I增大，路端电压增大，路端电压U 减小。减小。 为什么晚上为什么晚上7、8点钟的时候家里面的灯看点钟的时候家里面的灯看 起来很昏暗，而夜深人静时又变亮了呢？起来很昏暗，而夜深人静时又变亮了呢？ s1 s2 L1 L2 L3 你现在能解释这样的现象吗？你现在能解释这样的现象吗？ （1）当外电路）当外电路断开断开时，时，R变为无限大变为无限大，I变为零，变为零， Ir也变为零，也变为零，U=E，这就是说，这就是说，断路时路端电压等断路时路端电压等

14、 于电源的电动势于电源的电动势。我们常根据这个道理。我们常根据这个道理测量电源测量电源 的电动势的电动势。 （2）当电源两端）当电源两端短路短路时，外电阻时，外电阻R=0， 可知路端可知路端 电压电压U=0 ，由（，由（2）式可知电流）式可知电流I=E/r。电源内阻一。电源内阻一 般都很小，例如铅蓄电池的内阻只有般都很小，例如铅蓄电池的内阻只有0.0050.1， 干电池的内阻通常不到干电池的内阻通常不到1 ，所以短路时电流很大。，所以短路时电流很大。 电流太大会烧坏电源，还可能引起火灾。因此，电流太大会烧坏电源，还可能引起火灾。因此， 绝对不允许将电源两端用导线直接连在一起。绝对不允许将电源两

15、端用导线直接连在一起。 两种特殊情况两种特殊情况 、路端电压、路端电压U U随电流随电流I I变化的图象变化的图象 （1 1）图象的函数表达：）图象的函数表达： IrEU rEI/ 短 在横轴上的截距表示电在横轴上的截距表示电 源的短路电流源的短路电流 （2 2）图象的物理意义：）图象的物理意义： 在纵轴上的截距表示电在纵轴上的截距表示电 源的电动势源的电动势E E 图象斜率的绝对值表示电源的内阻图象斜率的绝对值表示电源的内阻， 图线越陡，内阻越大图线越陡，内阻越大 选择题训练选择题训练 1.在闭合电路中，下列叙述正确的是在闭合电路中，下列叙述正确的是 ( ) A.闭合电路中的电流跟电源电动势

16、成正比，跟闭合电路中的电流跟电源电动势成正比，跟 整个电路的电阻成反比整个电路的电阻成反比 B.当外电路断开时，路端电压等于零当外电路断开时，路端电压等于零 C.当外电路短路时，电路中的电流趋近于当外电路短路时，电路中的电流趋近于 D.当外电阻增大时，路端电压也增大当外电阻增大时，路端电压也增大 2.在灯泡旁并联一只大功率的电炉，发现电灯在灯泡旁并联一只大功率的电炉，发现电灯 变暗，这是因为（变暗，这是因为（ ） A.电炉从电灯上分出了一部分电流电炉从电灯上分出了一部分电流 B.输电线上电压增大，电灯上电压下降输电线上电压增大，电灯上电压下降 C.电炉的额定电压大于电灯的额定电压电炉的额定电压

17、大于电灯的额定电压 D.原来电灯上的电压有一部分分给了电炉原来电灯上的电压有一部分分给了电炉 选择题训练选择题训练 3.按如图所示的电路连接各元件后，闭合开关按如图所示的电路连接各元件后，闭合开关 S，L1、L2两灯泡都能发光。在保证灯泡安全两灯泡都能发光。在保证灯泡安全 的前提下，当滑动变阻器的滑动头向左移动时，的前提下，当滑动变阻器的滑动头向左移动时， 下列判断正确的是下列判断正确的是 （ ） AL1变暗变暗 BL1变亮变亮 CL2变暗变暗 DL2变亮变亮 R L1 L2 S E 选择题训练选择题训练 4.在右图的闭合电路中，当滑片在右图的闭合电路中，当滑片P向右移动时，向右移动时， 两电

18、表读数的变化是两电表读数的变化是 （ ） A. A变大，变大， V变大变大 B. A变小，变小， V变大变大 C. A变大，变大， V变小变小 D. A变小，变小， V变小变小 A R SE R0 P V 选择题训练选择题训练 5 5、有两节电池、有两节电池, ,它们的电动势分别为它们的电动势分别为E E1 1和和E E2 2, , 内电阻分别为内电阻分别为r r1 1和和r r2 2. .将它们分别连成闭将它们分别连成闭 合电路合电路, ,其外电路的电流其外电路的电流I I和路端电压和路端电压U U 的关系如图所示的关系如图所示, ,可以判定可以判定( )( ) U IO 1 2 A.A.图

19、象交点所示状态图象交点所示状态, , 两电路的外电阻相等两电路的外电阻相等 B.EB.E1 1EE2 2,r,r1 1rr2 2 C.C.图象交点所示状态图象交点所示状态, , 两电路的电阻相等两电路的电阻相等 D.ED.E1 1EE2 2,r,r1 1rr2 2 选择题训练选择题训练 6一电池外电路断开时的路端电压为一电池外电路断开时的路端电压为3V，接，接 上上8的负载电阻后路端电压降为的负载电阻后路端电压降为2.4V，则可，则可 以判定电池的电动势以判定电池的电动势E和内电阻和内电阻r为（为（ ） AE=2.4V，r=1 BE=3V， r=2 CE=2.4V, r=2 DE=3V, r=1 2.4+0.3 r =3 r=2 r R U UE 7.一电源一电源(电动势为电动势为E，内阻为，内阻为r)，当它和一标有，当它和一标有 “6V,3W”的小灯泡构成闭合回