第4节 电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律

第二章第四节电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律一、电池原理3.电源的内部电场方向如何？1.电源外部，正电荷将怎样移动？2.电源内部，正电荷将怎样移动？4.电源内部正电荷受到电场力方向？5.什么力来克服电场力做功？从正极到负极从正极指向负极阻力非静电力从正极指向负极从负极到正极+++---+++++++++F二、电源（从能量的角度看）1.概念：电源是一种把其它形式能转化为电势能的装置2.作用：将其它形式的能转变为电势能；保持导体两端有持续的电压（电势差）。（1）根据电源的作用，可以把电源与我们生活中的什么物体类比？（2）不同的电源中，非静电力做功的本领相同吗？思考+++---+++++++++抽水机增加水的重力势能电源增加电荷的电势能不同的抽水机抽水的本领(举起高度)不同使单位质量的水所增加的重力势能不同不同的电源非静电力做功的本领不同使单位正电荷所增加的电势能不同抽水机电源干电池1.5V1.5V微型电池250V3V蓄电池200V6V三、电动势1.电动势：电源将其他形式的能转化为电势能的特性用电动势（electromotiveforce)表征，它等于电源未接入电路时两极之间的电势差，用字母E表示。2.电动势单位：伏特（V）1V=1J/C生活中的电池太阳电池干电池铅蓄电池锂电池锌汞电池四、电源的重要参数锂离子电池标称电压3.6V容量：950mA.h禁止投入火中限制电压4.2V3、电池的容量:电池放电时能输出的总电荷量单位：安·时(A·h)毫安·时(mA·h)1、电源的电动势手机待机时间长短和哪个参数有关?四、电源的重要参数2、电源的内阻:电源内部的电阻，简称内阻（internalresistance）A、电路中每通过1C的电量，电源把2J的化学能转变为电能B、蓄电池两极间的电压为2VC、蓄电池在1s内将2J的化学能转变成电能D、蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）强1、铅蓄电池的电动势为2V，这表示（）AD课堂练习闭合电路rERK内电路外电路2.外电路和内电路:（1）外电路:电源外部的用电器和导线等构成外电路.（2）内电路:电源内部的电路是内电路.1.闭合电路：闭合电路是指电荷沿电路绕一周可回到原位置的电路。一个简单的闭合电路由电源、用电器、导线和开关组成。一、闭合电路3.外电阻和内电阻（1)外电阻：外电路的总电阻；（常称为电源的内阻）(2)内电阻：内电路的电阻。4.闭合电路的电流方向内电路与外电路中的总电流是相同的.ababcd在外电路中，电流方向由正极流向负极.在内电路中，即在电源内部，通过非静电力做功使正电荷由负极移到正极，所以电流方向为负极流向正极.5.电路中的电势变化情况（1）在外电路中，沿电流方向电势降低。（2）在内电路中，一方面，存在内阻，沿电流方向电势也降低；另一方面，沿电流方向存在电势“跃升”。bdacabcd电路中电势降落关系U内U外E结论：E=U外+U内ErRS++电流+电动势表述：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正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。１、对闭合电路+EUU外内()EIRr二、闭合电路欧姆定律2、对纯电阻电路UIR外UIr内+IrEIRabU外RrU内EIrREIIrIRE或说明：IrU内2、是内电路上的电势降落，习惯上称内电压.1、是外电路上总的电势降落，习惯上称路端电压（外电压），是电源加在负载（用电器）上的“有效”电压。UIR外3.欧姆定律表达式的适用范围是什么？所描述的侧重点各有什么不同？E=U外+U内rREI适用于纯电阻电路IrUE外普遍适用)(rRIE外电路两端的电压叫路端电压．１、如图电路：R增大，电流减小，路端电压增大R减小，电流增大，路端电压减小路端电压:IrEU三、路端电压跟负载的关系２、两个特例：（2）外电路短路时00ERIUr0路端，，0RIE路端，，U（1）外电路断路时bdca断路abbdca短路RUEIrERr1.图象的函数表达：即U是I的一次函数；IrEU四.U—I关系图象2.图象的物理意义：①在纵轴上的截距表示电源的电动势E；②在横轴上的截距表示电源的短路电流③图象斜率的绝对值表示电源的内阻，内阻越大，图线倾斜得越厉害。rEI短IUrrEI3.断路和短路（1）断路：R无穷大，I为0，I、r也为0，U=E。（电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压）（2）短路：R=0，，r很小（蓄电池0.005—0.1Ω，干电池小于1Ω），电流太大，烧坏电源，还可能引起火灾.例1.在如图所示的电路中，电源的电动势为1.5V，内阻为0.12Ω，外电路的电阻为1.38Ω，求电路中的电流和路端电压.解：分析：已知电动势E=1.5V，内电阻r=0.12Ω，外电阻R=1.38Ω由闭合电路欧姆定律I=12.038.15.1rRE==1A路端电压U=IR=1×1.38=1.38VRSEr经典例题I1R1+I1r=I2R2+I2r例2.如图所示,R1=14Ω，R2=9Ω，当开关S切换到位置1时，电流表的示数为I1=0.2A；当开关S切换到位置2时电流表的示数为I2=0.3A.求电源的电动势E和内阻r.由闭合电路欧姆定律解：开关切换到位置2：E=I1R1+I1rE=I2R2+I2r开关切换到位置1：消去E将r代入E=I1R1+I1r得r=122211IIRIRI=1ΩE=3VA21ErR1R2例图中滑动触头向下移动时判断各电表的示数变化情况。V1R1A2R2V2A3R3A1解析：触头R3R总I干U路V1A1V2A2A33闭合电路的动态分析方法：(1)程序法：电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路并联分流I串联分压U→变化支路．(2013·成都一诊)如右图所示，电源电动势为E，内电阻为r，当滑动变阻器的滑片P从右端滑到左端时，发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2，下列说法中正确的是()A．小灯泡L1、L2变暗，L3变亮B．小灯炮L3变暗，L1、L2变亮C．ΔU1ΔU2D．ΔU1＝ΔU2五、闭合电路中的能量转化纯电阻电路普遍适用根据能量守恒定律，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。总外内EItUItUIt外内PPP总外内EIUIUI外内22EItIRtIrt2EEIttRr22EIIRIr2EEIRr二电路中的功率及效率问题1．电源的总功率(1)任意电路：P总＝EI＝U外I＋U内I＝P出＋P内．(2)纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝E2R＋r．2．电源内部消耗的功率：P内＝I2r＝U内I＝P总－P出．3．电源的输出功率(1)任意电路：P出＝UI＝EI－I2r＝P总－P内．(2)纯电阻电路：P出＝I2R＝E2RR＋r2＝E2R－r2R＋4r．(3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系①当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝E24r．②当Rr时，随着R的增大输出功率越来越小．③当Rr时，随着R的增大输出功率越来越大．4．电源的效率(1)任意电路：η＝P出P总×100%＝UE×100%．(2)纯电阻电路：η＝RR＋r×100%＝11＋rR×100%因此在纯电阻电路中R越大，η越大；当R＝r时，电源有最大输出功率，效率仅为50%．特别提醒当电源的输出功率最大时，效率并不是最大，只有50%；当R→∞时，η→100%，但此时P出→0，无实际意义．2如图所示，电动势为E的电源与三个灯泡和三个电阻相接，只合上开关S1，三个灯泡都能正常工作．如果再合上S2，则下列表述正确的是()A．电源的总功率减小B．L1上消耗的功率增大C．通过R1上的电流增大D．通过R3上的电流增大小结电路的功率和效率问题电源总功率任意电路:P总=EI=P出+P内纯电阻电路:电源内部消耗的功率P内=I2r=P总-P出22EPIRrRr总电源的输出功率任意电路:P出=UI=P总-P内纯电阻电路:222ERPIRRr出电源的效率任意电路:纯电阻电路:PU100%100%PE出总R100%Rr(1)I=1A(2)Q=1.2X10-4C例3.如图,E=10V,R1=4Ω,R2=6Ω,C=30μF.电池内阻可忽略.(1)闭合开关S,求稳定后通过R1的电流.(2)然后将开关S断开,求这以后流过R1的总电量.六、含电容器电路的分析六、含电容器电路的分析思路方法：1、电路稳定后，电容器在电路中就相当于断路;2、电路稳定后，电容所在电路无电流，所以其两端的电压就是所在支路两端的电压;3、电路的电压、电流变化时，会引起电容器的充放电，进而引起内部电场的变化。如图所示电路中，4个电阻阻值均为R，电键S闭合时，有质量为m、带电荷量为q的小球静止于水平放置的平行板电容器的正中间．现断开电键S，则下列说法正确的是()A．小球带负电B．断开电键后电容器的带电荷量减小C．断开电键后带电小球向下运动D．断开电键后带电小球向上运动1.如图是某电源的路端电压U随干路电流I的变化图象,由图象可知,该电源的电动势为V,内阻为Ω3U/VI/AO1232460.5课堂训练2.如图所示，电源的电动势和内阻都保持不变，当滑动变阻器的滑动触点向左端移动时（）A、电压表的读数增大，电流表的读数减小B、电压表和电流表的读数都增大C、电压表和电流表的读数都减小D、电流表的读数增大，电压表的读数减小AE、rR1AVR2R3P