学年粤教版高中物理必修第三册学案第4章第1节常见的电路元器件第2节闭合电路的欧姆文档格式.docx

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3．电动势

（1）定义：

非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的功跟被搬运的电荷量的比值。

（2）公式：

E＝。

（3）单位：

伏特，用符号“V”表示。

（4）物理意义：

电动势的大小反映了电源将其他形式的能转化为电能的本领，电动势大，表示电源的转化本领大。

三、研究闭合电路欧姆定律

1．内容：

闭合电路中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。

2．公式：

I＝；

适用范围：

纯电阻电路。

3．常用的变形公式：

E＝U外＋U内或U外＝E－Ir；

任何闭合电路。

四、路端电压与负载的关系

1．路端电压与外电阻的关系：

U外＝E－U内＝E－r。

结论：

①R增大→U外增大；

②外电路断路时U外＝E；

③外电路短路时U外＝0。

2．路端电压与电流关系

（1）公式：

U外＝E－Ir。

（2）图像（UI图像）：

如图所示是一条倾斜的直线，该直线与纵轴交点的坐标表示电动势E，斜率的绝对值表示电源内阻r。

1．正误判断（正确的打“√”，错误的打“×

”）

（1）静电力与非静电力都可以使电荷移动，所以本质上都是使电荷的电势能减少。

（×

）

（2）在电源外部静电力使正电荷定向移动，在电源内部是非静电力使正电荷定向移动，因而形成电流。

（√）

（3）电源发生短路时，电流为无穷大。

（×

（4）外电路断路时，电源两端的电压就是电源电动势。

2．一太阳能电池板，测得它的开路电压为800mV，短路电流为40mA。

若将该电池板与一阻值为20Ω的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是（　　）

A．0.10V　　　B．0.20V

C．0.30VD．0.40V

D　[电源电动势为0.8V，根据I短＝，解得r＝＝20Ω，所以U＝E＝0.4V，D正确。

]

3．（多选）如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的UI图像，则下列说法中正确的是（　　）

A．电动势E1＝E2，短路电流I1>

I2

B．电动势E1＝E2，内阻r1>

r2

C．电动势E1>

E2，内阻r1<

D．当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大

AD　[由图象可知两电源的UI图线交纵轴于一点，则说明两电源的电动势相同；

交横轴于两不同的点，很容易判断电源1的短路电流大于电源2的短路电流，则A项正确；

又由两图线的倾斜程度可知图线2的斜率的绝对值大于图线1的斜率的绝对值，即电源2的内阻大于电源1的内阻，则可知BC项错误；

由图象可判断当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压的变化量大于电源1的路端电压的变化量，可知D项正确。

]

对电动势的理解

日常生活中我们经常接触到各种各样的电源，如图所示的干电池，电子表中的纽扣电池，各种电池有的标有“1.5V”字样，也有的标有“3.7V”字样，这些数值代表什么？

它表示电池的何种特性？

干电池　　　　　　纽扣电池

提示：

电动势　把其他形式的能转化为电能的本领

1．对电动势的理解

电动势的大小由电源自身的特性决定，与电源的体积无关，与外电路无关。

不同电源的电动势一般不同。

2．电源电动势与电势差的区别和联系

电势差

电动势

意义

表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领大小

表示非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领大小

定义

UAB＝，数值上等于将单位电荷量的正电荷从导体一端移到另一端电场力所做的功

E＝，数值上等于将单位电荷量的正电荷从电源负极移到正极非静电力所做的功

单位

伏特（V）

正负含义

电流流过电阻，电势降落，沿电流方向为正，逆电流方向为负

一般地，在中学E取正值，不讨论负电动势问题

决定因素

由电源及导体的电阻和连接方式决定

仅由电源本身决定

测量方法

将电压表并联在被测电路两端

将内阻很大的电压表并联于电源两端，且外电路断开

3.电池的串联

n个完全相同的电池串联时，总电动势：

E总＝nE，总内阻：

r总＝nr。

【例1】　将电动势为3V的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为2.4V。

当电路中有6C的电荷流过时，求：

（1）有多少其他形式的能转化为电能；

（2）外电路中有多少电能转化为其他形式的能；

（3）内电路中有多少电能转化为其他形式的能。

[解析]　由电动势的定义可知，在电源内部非静电力每移送1C电荷，有3J其他形式的能转化为电能。

也可认为在电源中，非静电力移送电荷做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能；

在电路中，静电力移送电荷做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。

（1）W＝Eq＝3×

6J＝18J，电源中共有18J其他形式的能转化为电能。

（2）W1＝U1q＝2.4×

6J＝14.4J，外电路中共有14.4J电能转化为其他形式的能。

（3）内电压U2＝E－U1＝3V－2.4V＝0.6V，所以W2＝U2q＝0.6×

6J＝3.6J，内电路中共有3.6J电能转化为其他形式的能。

也可由能量守恒求出：

W2＝W－W1＝3.6J。

[答案]　

（1）18J　

（2）14.4J　（3）3.6J

（1）电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，则电动势越大。

（2）公式E＝中W为非静电力做的功，而E的大小与W、q无关。

（3）电源电动势的大小是由电源本身性质决定的，不同种类的电源电动势的大小不同。

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．电动势是电源两极间的电压

C．电动势公式E＝中W与电压公式U＝中的W是一样的，都是电场力做的功

D．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量

D　[电压与电动势是两个不同的概念，其中电动势公式E＝中W是非静电力做的功，电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领。

而电压U＝中W则是电场力做的功，电动势的大小也不一定等于电压的大小，故D正确。

闭合电路欧姆定律的理解和应用

用电压表分别测量新干电池和旧干电池两极板的电压，会发现示数近似相等，但是若将这两节新旧干电池分别对同一规格的灯泡供电，灯泡的亮度差别却非常大，这是为什么呢？

图甲　　　　　　　　　图乙

旧电池内阻大，使得电路中电流减小。

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＝

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）①

E＝U外＋Ir②

E＝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变化的图象（UI关系图）

（1）UI图象的函数表达式：

U＝E－Ir。

（2）UI图象特点：

位于第一象限，与横纵坐标轴相交的倾斜直线，如图所示。

（3）几个特点

①三个特征量：

与纵轴交点表示电动势，与横轴交点表示短路电流，直线斜率的大小表示电源的内阻。

②两个特殊状态：

当外电路断开时（R＝∞），I变为零。

Ir＝0，U＝E；

当电源两端短路时（R＝0），此时电流I短＝（短路电流）。

【例2】　如图所示电路中，电源电动势E＝12V，内阻r＝2Ω，R1＝4Ω，R2＝6Ω，R3＝3Ω。

（1）若在C、D间连一个理想电压表，其读数是多少？

（2）若在C、D间连一个理想电流表，其读数是多少？

思路点拨：

C、D间

[解析]　

（1）若在C、D间连一个理想电压表，根据闭合电路欧姆定律，有I1＝＝A＝1A

理想电压表读数为UV＝I1R2＝6V。

（2）若在C、D间连一个理想电流表，这时电阻R2与R3并联，并联电阻大小R23＝＝Ω＝2Ω

根据闭合电路欧姆定律，有I2＝＝A＝1.5A

理想电流表读数为I′＝I2＝×

1.5A＝1A。

[答案]　

（1）6V　

（2）1A

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。

2．如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表（均为理想电表）的示数各为1.6V和0.4A。

当S断开时，它们的示数各改变0.1V和0.1A，求电源的电动势和内阻。

[解析]　当S闭合时，R1、R2并联接入电路，当S断开时，只有R1接入电路，此时路端电压增大、干路电流减小。

当S闭合时，由闭合电路欧姆定律得：

U＝E－Ir，即1.6＝E－0.4r①

当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：

U′＝E－I′r，即1.6＋0.1＝E－（0.4－0.1）r②

由①②得：

E＝2V，r＝1Ω。

[答案]　2V　1Ω

闭合电路的动态分析问题

傍晚是每一天用电的高峰时段，万家灯火，但灯光较暗，而夜深人静时，你若打开灯，灯光特别亮；

又如在家用电器使用中，打开大功率的空调后，你会发现灯泡会变暗，而关掉空调后灯又会马上亮起来，这是为什么呢？

当电路中接入较多的用电器时，由于这些用电器是并联的，其总电阻变小，干路中的电流就会很大，干路上就会有较大的电压降，造成灯泡两端的电压变低，所以灯泡的亮度也就变暗了。

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（或灯泡明暗）发生变化，分析这类问题的基本思路：

2．闭合电路动态分析的三种方法

（1）程序法：

基本思路是“部分→整体→部分”，即：

（2）结论法——“并同串反”

①“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。

②“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。

（3）特殊值法与极限法：

指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的讨论。

【例3】　（多选）如图所示，电源内阻不可忽略，当滑动变阻器的滑动片向右滑动时，下列说法中正确的是（　　）

A．电流表A1读数变小

B．电流表