物理选修3-1第二章：电路—2.3《闭合电路的研究》

E r
R
S
2、 如图，Ｒ1=14Ω,Ｒ2=9Ω,当开关 处于位置1时,电流表读数I1=0.2A；当 开关处于位置2时,电流表读数I2=0.3A 求电源的电动势E和内电阻r。
1
E = 3V r = 1Ω
2
R1
R2
A E r
3、如图，R＝0.8Ω当开关S断开时电压表 的读数为1.5V；当开关S闭合时电压表的 读数为1.2V则该电源的电动势和内电阻 分别为多少?
2、电源的作用：就是不断地把正电荷从负极搬运到正极，从而使两级 间有一定的电压。
1、电源
1、电源的内部电场如何？ 电源的外部：电场是正极到负极，电流是正极 到负极。所以外部是电场力（静电力）做功, 自由电子定向移动形成电流。做功就是电势差 + 乘以电量W=UQ=UIt。 电源的内部：电场是正极到负极，电流是负极 到正极。所以内部是非静电力做功，就是说不 是静电力做功,而是其他的力克服静电力（电 场力）做功,使自由电子又回到负极聚集。 +
2.3《闭合电路的研究》
知识点掌握
一、电动势 二、闭合电路的欧姆定律 三、路端电压与负载 四、路端电压与电流的关系图像 五、闭合电路的功率 六、含电容器电路的问题 七、电路的故障分析 八、实验：测定电池的电动势和内阻

1、电源
一、电动势
1、电源的定义：从能量的角度看，电源是通过非静电力做功把其它形 式的能转化为电势能的装置。
E I Rr
2．路端电压跟负载的关系： （1）路端电压随外电路电阻R增大而增大 断路 R ，I 0，U端 E 短路 R 0，I E / r，U 端 0 （2）路端电压U随电流I变化的图象．
U E Ir
五、闭合电路中的功率
由于闭合电路中内、外电路的电流相等， 由 得
+
+ +
+ + + + + + +
2、导线中的电流方向？电流方向，正极到负极 3、电源正极的正电荷会不断流向负极，电源两极间的电压怎样变化？电源在这 的作用是什么？电压不变。电源的作用就是在电源内部不断地使正极聚集正电 荷,负极聚集负电荷,以维持在正极和负极之间产生的电压。 4、电源把正电荷从电源的负极搬到正极，电场力做正功还是负功？负功 5、什么力来克服电场力做功？从能量的角度看，电源的作用是什么？非静电力 克服电场力做功，非静电力做正功。从能量角度，电源的作用是将其的电动势为E,内阻为r,R1和R2 是两个定值电阻,当可变电阻R的滑片向a点移动时,通 过R1的电流和I1和通过R2的电流I2将发出的变化是( C ) A. I1变大, I2变小 B. I1变大,I2变大 C. I1变小, I2变大 D. I1变小, I2变小
I1 R R1
３、电源的外特性曲线 ——路端电压 U随电流I变化的图象．
（1）图象的函数表达：
U E Ir
（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
I短 E / r
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．
小结
1．闭合电路欧姆定律 （1）表述：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）表达式
2、电动势 1、定义：非静电力把1C的正电荷在电源内从负极 移送到正极所做的功。电动势在数值上等于不接 电器时，电源正负极两级间的电压。 W 2、公式： E= q
3、单位： V 1V=1J/C
4、物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电 能本领的大小。
2、电动势
5、电动势有电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关， 也跟外电路无关。 6、电动势是标量 方向规定：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。
1、如图所示，已知E=12V，r=1Ω，R1=3 Ω，R2=2 Ω，R3=5 Ω，C1=4μF，C2=1μF，则C1所带的电量为多少库仑，C2所带 的电量为多少库仑，并指出C1，C2哪个极板带正电？
C1 C2
R3
由于电容器的隔直作用，故R3无电流 通过，R1，R2构成串联电路，根据闭 合电路欧姆定律，I＝2 A，U1＝IR1＝ 6 V，U2＝IR2＝4 V，所以C1两端的 电压UC1＝U2＝4 V，C2两端的电压 UC2＝U1＋U2＝10 V，根据Q＝CU知， Q1＝C1UC1＝4×10－6×4 C＝ 1.6×10－5 C，Q2＝C2UC2＝1×10－ 6×10 C＝10－5 C。
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:
U E Ir
２、两个特例：
（1）外电路断路时
R ，I 0，U端 E
（2）外电路短路时
R 0，I E / r，U 端 0
a
b a a b a c d c b b
d
5
四、路端电压与电流的关系图像
E=1.5V，r =1.5Ω
4、 A、B
10、用图5所示电路，测定电池组的电动势和内电 阻，定值电阻R=7.0Ω 。在电键S未接通时，电压 表的读数是6.0V；电键S接通后，电压表的读数 变为5.6V。那么电池组的电动势和内电阻分别等 于（ A ） A．6.0V 0.5Ω B．6.0V 1.25Ω C．5.6V 1.25Ω D．5.6V 0.5Ω
解:E=800mV=0.8V, 由 E 40 mA得r=20Ω,
r
所以:
E 0.8 U IR R 20 0.40V Rr 20 20
10、
AC
11、电源的电动势为2V，外电阻为9Ω时， 路端电压为1.8V，求电源的内电阻？
R
解: 电路中电流为
U 1.8 I 0.2 A E,r R 9
解:开路电压就是电源电动势,E=6.0V
内阻和外阻是串联关系流过的电流相同 则有
U 外 U内 R r 5 .6 0 . 4 7 r
∴r=0.5Ω
解：由B的图线可以求出B的电阻为R=1Ω
6．如图6所示，直线A为电源的路端电压U与电流 I的关系图线，直线B是电阻R的两端电压U与电流 I的关系图线，用该电源与电阻R组成闭合电路， 电源的输出功率和电阻R分别是（ A） A．4W；1Ω B．4W；2Ω C．2W；1Ω D．2W；2Ω
外电路
R
K
部分电路 闭合电路
内电路
E
r
2、闭合回路的电流方向
在外电路中，电流方向由正极 流向负极，沿电流方向电势降低。 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。
内电路与外电路中的总电流是相 同的。
3、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”。
1、当电容器充、放电时，电路里有充、放电电流
K
1 2
C1
试判断充电、 放电时电流 的流向
E
2、一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个电阻 无限大的元件。
C1 R1
E
C1
R1 E
R2
(1)、由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电 阻上无电压降。 (2)、当电容器和电阻并联后接入电路，电容器两极间的电压 与其并联电阻两端的电压相等。
内电路
E
r
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。 W=E外+E内
即：EIt=I2Rt+I2rt
二、闭合电路的欧姆定律
１、对纯电阻电路
E E IR Ir 即 I Rr
２、表述：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． E
I
Rr
二、闭合电路欧姆定律：
说明：
E E IR Ir I Rr
1、 U 外 IR 是外电路上总的电势 降落，习惯上叫路端电压.
2、 U内 Ir 是内电路上的电势降 落，习惯上叫内电压.
3、
E IR Ir
E=U内 +U外
三、路端电压跟负载的关系
外电路两端的电压叫路端电压． １、如图电路：
课堂训练
1、关于电动势，下列说法正确的是（ AC）
A. 在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功， 电能增加 B. 对于给定的电源，移动正电荷，非静电力做功越多， 电动势就越大 C. 电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极 移送单位电荷量做功越多
D. 电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负 极移送到正极的电荷量越多
内阻为
E U 2 1.8 r 1 I I 0.2 U内
12、如图所示是某电源的伏安特性曲线,则下 列结论正确的是( ABD ) A.电源的电动势为6.0V B.电源的内阻为12Ω C.电流为0.2A时的外电阻是28.4Ω D.电源的短路电流为0.5A U/V
E 6 12() I 0 .5 U 外 6 0.2 12 R 18() I 0 .2
由A与纵轴交点，可以看出电源电动势 为E=3 V 与横轴交点，表示短路电流I=E/r=6, 即r=0.5Ω
E 3 I 2 A R r 1 0.5
电源的输出功率为
P=UI=2×2=4W
7、把两节“电动势是1.5V,内阻是1Ω”的干电 池串联,给标有“2.4V,0.3A” 的灯泡供电时,通 0.3 A,灯泡两端的电压 是 过灯泡的电流是＿＿＿ 2.4 V,灯泡消耗的功率是＿＿＿ 0.72 W ＿＿＿
a
b R2 I2
15、如图所示，当滑线变阻器的滑动触点向 b移动时：( A ) A、伏特表V的读数增大，安培表A的读数减少 B、伏特表V的读数增大，安培表A的读数增大 C、伏特表V的读数减少，安培表A的读数减少 D、伏特表V的读数减少，安培表A的读数增大