2019-2020学年高中物理 第二章 直流电路 第4节 电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律课件

第二章直流电路第4节电源的电动势和内阻闭合电路欧姆定律[课标解读]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．01课前自主梳理02课堂合作探究03核心素养提升04课后巩固提升课时作业一、电源电动势和内阻1．电源将其他形式的能转化为_____的装置．2．电动势(1)大小：数值上等于不接入电路时电源两极间的__________．(2)符号：E，单位为_____，用_____表示．电能电势差伏特V(3)几种电池的电动势干电池铅蓄电池硅光电池银锌蓄电池1.5V2.0V约0.5V约1.5V3.电源的内阻电源内部电路的电阻．[判断](1)电动势就是电势差，两者没有区别．()(2)所有电池的电动势都是1.5伏特．()(3)1号、5号与7号干电池的体积不同，但它们将其他能转化为电能的本领相同．()答案：(1)×(2)×(3)√二、闭合电路欧姆定律1．闭合电路组成(2)电阻外电阻：外电路电阻.内电阻：内电路电阻.(3)电压内电压U′：内电阻r两端的电压，U′＝Ir.路端电压（外电压）U：外电路两端的电压，U＝IR.2．闭合电路欧姆定律(1)内容：在外电路为__________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_____之和成反比．(2)公式：I＝_________．(3)适用范围：纯电阻电路．(4)常用公式变形：E＝U＋U′＝U＋Ir或U＝E－Ir.纯电阻正比电阻ER＋r3．路端电压与电流的关系U＝__________，反映了路端电压随电流的变化关系．用图像表示为如图所示．(1)横轴上的截距表示__________．(2)纵轴上的截距表示__________．(3)斜率的绝对值表示_____．E－Ir短路电流电动势内阻4．路端电压与R的关系(1)当外电阻R增大时，电流I减小，内电压Ir减小，路端电压_____．(2)当外电阻R减小时，电流I增大，内电压Ir增大，路端电压减小．(3)外电路断开时，路端电压等于电源电动势．电源两端短路时，R＝0，此时I＝Er叫做_____电流．增大短路[判断](1)电源一定时，负载电阻越大，电流越大．()(2)电源发生短路时，电流为无穷大．()(3)外电路断路时，电源两端的电压就是电源电动势．()答案：(1)×(2)×(3)×要点一对电动势的理解1．对概念的理解(1)在不同电源中，非静电力做功本领不同，即把相同数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极时，非静电力做功的多少不同，电动势大小也不同．(2)电动势E是标量，为研究问题方便，规定其方向为电源内部电流方向，即由电源负极指向正极方向．(3)公式E＝Wq是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的，电动势不同，表示将其他形式的能转化为电能的本领不同．例如：蓄电池的电动势为2V，表明在蓄电池内移送1C的电荷量时，可以将2J的化学能转化为电能．2．电动势和电压的区别与联系物理量比较内容电压U电动势E物理意义电场力做功，电能转化为其他形式能的本领，表征电场的性质非静电力做功，其他形式的能转化为电能的本领，表征电源的性质定义式U＝Wq，W为电场力做的功E＝Wq，W为非静电力做的功单位伏特(V)伏特(V)联系电动势等于电源未接入电路时两极间的电压[例1]下列说法中正确的是()A．电源的电动势实质上就是电源两极间的电压B．电源的电动势在数值上等于两极间的电压C．电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别D．电动势越大，电源两极间的电压一定越高[思路点拨]从物理意义、定义两个方面来区分电动势和电压．[解析]电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，而电压是电场中两点间的电势差，电动势与电压有着本质的区别，所以A选项错，C选项对；当电源断路时，两极间的电压在数值上等于电源的电动势，但在闭合电路中，电源两极间的电压(路端电压)随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小，当电源短路时，R外＝0，这时路端电压为零，所以B、D两项错．[答案]C(1)电动势和电压在数值上有时相等，但二者是不同的概念．(2)当电路开路时，可以直接用电压表粗略地测出电源的电动势．1．有关电压与电动势的说法中正确的是()A．电压与电动势的单位都是伏特，所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法B．电动势就是电源两极间的电压C．电动势公式E＝Wq中的W与电压U＝Wq中的W是一样的，都是电场力做的功D．电动势与电压从能量转化的角度来说有本质的区别解析：只有电路开路时，电动势才等于电源两极间的电压，公式E＝Wq与U＝Wq中的W的意义不同，前者表示非静电力做的功，后者表示电场力做的功，电动势和电压的意义不同，电动势反映电源把其他形式的能转化为电能的本领，而电压反映把电能转化成其他形式能的本领，综上所述，选项D正确．答案：D2．(多选)手电筒的两节干电池，已经用了较长时间，小灯泡只能发出很微弱的光，把它们取出来，用电压表测电压，电压表示数很接近3V，再把它们作为一个电子钟的电源，电子钟能正常工作．下列说法正确的是()A．这两节干电池的电动势减小了很多B．这两节干电池的内电阻增加较大C．这个电子钟的额定电压一定比手电筒里的小灯泡额定电压小D．这个电子钟正常工作时的电流一定比手电筒里的小灯泡正常工作时的电流小解析：旧电池的电动势几乎不变，但内阻增大许多，A错，B对；旧电池能使电子钟正常工作，只能是电子钟电阻较大，额定电流较小，故C错，D对．答案：BD(1)电源的电动势反映了电源中非静电力做功本领的大小，等于非静电力在电源内部从负极向正极移送1C正电荷所做的功，而电源向外提供的电能与电源的工作状态及通电时间有关．(2)电源的电动势是电源本身的性质，与外电路工作情况无关．要点二对闭合电路欧姆定律的理解1．闭合电路欧姆定律的表达形式表达式物理意义适用条件I＝ER＋r电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比纯电阻电路E＝I(R＋r)①E＝U外＋Ir②E＝U外＋U内③电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和①式适用于纯电阻电路；②③式普遍适用2.路端电压U随电流I变化的图像(U­I关系图线)(1)U­I图像的函数表达式：U＝E－Ir.(2)U­I图像的特点：位于第一象限，与横纵坐标轴相交的倾斜直线，如图所示．(3)推论①外电路断路时：R→∞，I＝0，由U＝E－Ir知E＝U，所以U­I图像纵轴上的截距表示电源的电动势E，即断路时，路端电压在数值上等于电源的电动势；②外电路短路时：R＝0，由U＝IR知U＝0，所以U­I图像横轴上的截距表示电源的短路电流I短＝Er，因此电源的内阻r＝EI短，即内阻等于U­I图像斜率的绝对值．[例2]如图所示，电源电动势E＝4.5V，内阻r＝1Ω，滑动变阻器总阻值R1＝12Ω，小灯泡电阻R2＝12Ω不变，R3＝2.5Ω.当滑片P位于R1中点，S闭合时，灯泡恰能正常发光，求：(1)流过小灯泡的电流；(2)S断开时，小灯泡能否正常发光？如果它正常发光，滑片P应如何移动？[思路点拨]解答本题时应注意以下两点：(1)判断开关闭合和断开两种情况下电路的连接情况．(2)灯泡正常发光时，流过灯泡的电流和灯泡两端的电压是固定的．[解析](1)RAB＝R12R2R12＋R2＋R12＝10Ω，R外＝RAB·R3R3＋RAB＝2Ω，路端电压U1＝Er＋R外·R外＝3V，U灯＝U1RAB·R12R2R12＋R2＝1.2V，I灯＝U灯R2＝0.1A.(2)S断开后，R外增大，路端电压增大，因此灯泡两端电压增大，小灯泡不能正常发光，要减小小灯泡的电压，滑片P应向下移动．[答案](1)0.1A(2)不能正常发光向下移动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．1．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C．电压表读数增大，电流表读数减小D．电压表读数减小，电流表读数增大解析：由电路图可知，滑动变阻器的触头向b端滑动时，其连入电路的阻值变大，导致整个电路的外电阻R外增大，由U＝ER外＋rR外＝E1＋rR外知路端电压即电压表的读数变大；而R1的分压UR1＝ER外＋rR1减小，故R2两端的电压UR2＝U－UR1增大，再据I＝UR2R2可得通过R2的电流即电流表的读数增大，所以A项正确．答案：A2．(多选)如图所示，电源电动势为E，内阻为r，不计电压表和电流表内阻对电路的影响，当开关闭合后，两小灯泡均能发光．在将滑动变阻器的触片逐渐向右滑动的过程中，下列说法正确的是()A．小灯泡L1、L2均变暗B．小灯泡L1变亮，小灯泡L2变暗C．电流表的读数变小，电压表的读数变大D．电流表的读数变大，电压表的读数变小解析：滑动触片向右滑动的过程中，滑动变阻器接入电路部分的阻值变大，电路中的总电阻变大，总电流变小，路端电压变大，故电流表的读数变小，电压表的读数变大，通过小灯泡L2的电流变小，小灯泡L2变暗，小灯泡L2两端的电压减小，小灯泡L1两端电压增大，小灯泡L1变亮，B、C正确．答案：BC(1)在利用闭合电路欧姆定律进行求解时，正确判断外电路的连接情况是解题关键，而电流I是联系内、外电路的纽带，因此在解题过程中一般先根据电路连接特点求出电路的总电流I.(2)流过灯泡的电流可用I灯＝U灯R灯求解，也可用总电流与支路电流的关系求解．闭合电路动态分析的思路1．闭合电路动态分析的思路闭合电路中，由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流发生变化，分析这类问题的基本思路是：分清电路结构→局部电阻变化→总电阻变化→总电流变化→路端电压变化→各部分电压、电流变化2．闭合电路动态分析的几种方法(1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分”，即R局增大减小→R总增大减小→I总减小增大→U外增大减小→I局U局(2)结论法——“串反并同”“串反”：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．“并同”：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．(3)特殊值法与极限法：因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论．一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时讨论．[典例]在如图所示的电路中，R1、R2和R3皆为定值电阻，R4为可变电阻，电源的电动势为E，内阻为r，设电流表的读数为I，电压表的读数为U，当R4的滑动触头向图中a端移动时()A．I变大，U变小B．I变大，U变大C．I变小，U变大D．I变小，U变小[思路点拨]解答本题时可按以下思路分析：根据滑动触头的移动判断R4的变化→总电阻的变化→总电流和路端电压的变化→R2的电压和电流[解析]当R4的滑动触头向图中a端移动时，R4接入电路的电阻变小，外电路的总电阻变小，总电流变大，路端电压变小，即电压表的读数U变小；由于总电流变大，使得R1、R3两端电压都变大，因此，R2两端电压变小，则电流表的读数I变小，故选D.[答案]D闭合电路的动态分析是一类非常典型的题目，解决这类问题的关键是抓住电源的E、r不变，思路是外电路电阻变化，引起全电路中电流的变化，根据闭合电路欧姆定律公式I＝ER＋r，以及E＝U外＋U内＝IR＋Ir进行正确推理，从而判定路端电压U外和内电压U内的变化．然后再应用串、并联电路的特点判断外电路的电流或某个电阻的变化情况，即应用“部分—整体—部分”这样