新教材2023高中物理第十二章电能能量守恒定律12.2闭合电路的欧姆定律课件新人教版必修第三册

3.如图所示,电源电动势和内阻都保持不变,当滑动变阻器滑片向 上移动时 ( ) 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 答案:A
内、外电路的电阻之和
电动势 E=U外+U内
知识点三 路端电压与负载的关系 路端电压的U-I图像如下图所示,外电路的电阻为R.
电源的电动势
E-Ir E
小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打 “×”). 1.电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置.
(×) 2.把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势也将变化. ( × ) 3.E=U+Ir适用于任何电路.( √ ) 4.在电源一定的闭合电路中,外电路的电阻越大,路端电压越大.
图像
物理意义
电源的路端电压随电路电流的变 定值电阻两端的电压与通过电阻
化关系
的电流之间的关系
与坐标 轴的交点
过坐标轴原点,表示没有电压时 电流为0
坐标U、I 的乘积
坐标U、I 的比值
表示电源的输出功率
(纯电阻电路中)表示外电路的电 阻,不同点对应的电阻不同
斜率的绝对值
电源内阻r
表示电阻消耗的功率
表示此定值电阻的阻值,每一点 对应的比值相等
探究二 闭合电路欧姆定律及其能量分析 问题情境 下图为闭合电路的组成示意图.
1.若电源电动势为E,闭合开关,电路中的电流为I,在时间t内非静 电力做功多少?内、外电路中产生的热量分别为多少?它们之间 有怎样的关系?
答案:非静电力做功W=EIt,内、外电路产生的热量分别为 Q内=I2rt,Q外=I2Rt,根据能量守恒定律有 W=Q外+Q内,即EIt= I2Rt+I2rt.
答案:D
探究四 欧姆表的原理及应用 问题情境
欧姆表是在电流表的基础上改装而成的.为了使测量电阻时电 流表指针能够偏转,表内应有电源.下图是一个简单欧姆表的内 部电路和刻度盘.
1.为什么欧姆表的零刻度在刻度盘的右端?如何计算欧姆表的 内阻?
2.欧姆表刻度盘上的刻度为什么是不均匀的?
3.欧姆表刻度盘的中间刻度值有什么重要意义?
探究三 路端电压与电流、负载的关系 问题情境
1.在如图所示的电路中,电源的电动势E=10 V,内阻r=1 Ω,试求 当外电路的电阻分别是3 Ω、4 Ω、9 Ω时所对应的路端电压. 通过计算,你发现了怎样的规律?
2.依据部分电路的欧姆定律和闭合电路的欧姆定律,推导出路 端电压和负载电阻的关系,并分析用电压表直接测电源电动势 的依据.
解析ห้องสมุดไป่ตู้由W=Eq可知,电路中每通过1 C的电荷时,铅蓄电池将6 J的 化学能转化为电势能,故选项A正确;电源的电动势只与电源的 性质有关,与体积无关,故选项B错误;电路中每通过1 C的电荷,铅 蓄电池内部非静电力做功为W=Eq=6 J,故选项C正确;电动势反 映电源将其他形式的能转化为电势能的本领,故选项D正确. 答案:ACD
3.根据闭合电路欧姆定律写出路端电压U与干路电流I之间的 关系式,并画出U-I图像,说明图线与纵轴的交点、与横轴交点 (纵坐标从0开始)、斜率的绝对值的物理意义.
答案:由E=U+U内及U内=Ir得U=E-Ir,U-I图像如图所示.
过程建构
两类U-I图像的比较.
比较项
路端电压的U-I图像
定值电阻的U-I图像
2.闭合电路的电流I与电动势E、外电路的电阻R和内阻r有 什么关系?
3.图示电路中,电源的输出功率与外电路的电阻R有什么关系? 电源的效率与外电路的电阻R有什么关系?
过程建构
2.电源的功率.
项目
物理意义
电源的总 功率P总
电源向整个电路提供的总 功率,表示将其他形式的能
转化为电势能的功率
电源内阻的 热功率P内
(√ ) 5.外电路短路时,电路中的电流无穷大.( × )
问题情境
探究一 电动势
如图所示,电源在电路中的作用是不断地将流到负极的正电荷经 过电源内部搬运到正极,从而保持正、负极有稳定的电势差,电路 中有持续的电流.
1.在图示电源内部,正电荷在运动过程中静电力对其做什么功?非 静电力对正电荷做什么功?能量如何转化?
3.电动势. (1)概念:在物理学中,我们用 非静电力 所做的功与所移动的电 荷量之比来表示电源的特性,叫作电动势.
(2)定义式: . (3)单位:伏特(V). (4)物理意义:电动势在数值上等于 非静电力 把 1 C 的正电荷 在电源内从 负极 移送到 正极 所做的功,即电动势是反映电源 中非静电力做功本领的物理量.
3.是不是非静电力做功越多,电源把其他形式的能转化为电势能 的本领就越大?如何描述电源把其他形式的能转化为电势能的 本领?
过程建构 1.对非静电力的理解. (1)非静电力:电源内使正、负电荷分离,并使正电荷聚积到电源 正极、负电荷聚积到电源负极的非静电性质的作用力,是对除静 电力外能对电荷流动起作用的其他力的统称. (2)来源:在化学电池中,非静电力是化学作用,它使化学能转化为 电势能;在发电机中,非静电力是电磁作用,它把机械能转化为电 势能.
由电源及导体的电阻和连接方式 决定
仅由电源本身决定
【典例1】(多选)一组铅蓄电池的电动势为6 V,内阻不为0,下列 说法正确的是 ( ) A.电路中每通过1 C的电荷,铅蓄电池能把6 J的化学能转化为电 势能 B.体积大的铅蓄电池比体积小的铅蓄电池的电动势大 C.电路中每通过1 C的电荷,铅蓄电池内部非静电力做功为6 J D.该铅蓄电池把其他形式的能转化为电势能的本领比一节干电 池(电动势为1.5 V)的强
2.电势差与电源电动势的区别.
比较项 意义
电势差
电动势
表示静电力做功将电势能转化为 其他形式的能的本领大小
表示非静电力做功将其他形 式的能转化为电势能的本领 大小
概念
单位
正、负 含义
决定 因素
伏特(V)
伏特(V)
正、负表示相对零电势点的高低, 一般地,在中学E取正值,不讨
电流流过电阻,电势降低
论负电动势问题
电源内阻消耗的功率
电源的输出 功率P出
外电路消耗的功率
三者关系:P总=P内+P出
表达形式 P内=I2r
【典例2】如图所示,电源电动势为E,内阻为r.闭合开关,当滑动变 阻器的滑片P向B点移动时,电压表V1的读数U1与电压表V2的示数 U2的变化情况是 ( )
A.U1变大,U2变小 C.U1变小,U2变小
B.U1变大,U2变大 D.U1变小,U2变大
[学会审题]
答案:A
【典例3】如图所示,E=8 V,r=2 Ω,R1=8 Ω,R2为滑动变阻器.
答案:(1)10 Ω 1.6 W (2)0 5.12 W 80% (3)不能,理由见 解析.
电路中最大功率的计算技巧
(1)电源最大输出功率的计算.在闭合电路中E和r不变,电源的 输出功率P出随R外的变化而变化,且当R外=r,电源的输出功率 P出最大. (2)电路中可变电阻最大功率的计算.当电路中有一个电阻变 化而其他电阻恒定时,可以把这个电阻看作外电路,把其他的 定值电阻当作电源内阻的一部分,当R变=R定+r时,P变有最大值. (3)电路中定值电阻最大功率的计算.定值电阻的阻值不变,根 据P=I2R,当电路中电流最大时,其功率最大.
表仍能调零,按正确使用方法接入同样待测电阻Rx,其测量结果
与真实值相比将
(选填“偏大”“偏小”或“不变”).
答案:(1)C (2)N M (3)1 000 500 见解析图. (4)偏大
课堂评价
1.将一个电源与一电阻箱连接构成闭合回路,测得电阻箱所消耗
的功率P与电阻箱的读数R的关系如图所示.下列说法正确的是
定值电阻的阻值
【典例4】(2021·全国联考卷)图中的直线Ⅰ、Ⅱ分别是电池1和 电池2的路端电压随电流变化的图线,直线Ⅲ是某用电器两端电 压随电流变化的图线.则( )
A.电池1和电池2的电动势相等 B.电池1和电池2的内阻之比为3∶5 C.该用电器的电阻为2 Ω D.该用电器分别接在电池1和电池2上 时消耗的功率之比为9∶4
过程建构 1.欧姆表的内部结构:欧姆表由表头、电源和可变电阻三部分 组成.如图所示.
2.原理:依据闭合电路欧姆定律,由电流表改装而成.
【典例5】把一量程为0~6 mA、内阻为100 Ω的电流表改装成
欧姆表,电路如图所示.现备有如下器材:
A.电源(E=3 V,内阻不计)
B.滑动变阻器0~100 Ω
A.电源最大输出功率可能大于45 W
()
B.电源的内阻为5 Ω
C.电源的电动势为45 V
D.电阻箱消耗的功率为最大值时,电
源的效率大于50% 答案:B
2.如图所示,电源电动势为E,电源内阻为r=1 Ω,定值电阻R1=4 Ω, 滑动变阻器R2变化范围是0~10 Ω.下列说法正确的是( )
A.当R2=3 Ω时,电源的输出功率最大 B.当R2=3 Ω时,R1获得的功率最大 C.当R2=0时,电源的效率最大 D.当R2=0时,R1获得的功率最大 答案:D
答案:因为电源内有电阻,当开关闭合后,电源内的电阻分得了一 部分电压,所以电压表读数小于1.5 V.
3.在如图所示电路中标出内电路和外电路,并分析外电路中电势 的变化规律.
答案:内电路和外电路如图所示.在外电路中,沿电流的方向,电势 逐渐降低.
4.闭合电路的能量分析. 闭合电路如图所示,设电源电动势为E,电源内阻为r,外电路电 阻为R,电路中电流为I,通电时间为t. (1)电源输出的电能为W= EIt. (2)外电路转化的内能为Q外= I2Rt. (3)内电路转化的内能为Q内= I2rt . (4)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能的总和,即W= Q外+Q内 .
第十二章 电能 能量守恒定律
2 闭合电路的欧姆定律
学习目标
1.通过对电源内部结构的分析,了解其工作原理,理解电动势的概念 和物理含义,知道电源电动势和内阻是标志电源性能的主要参数. 2.通过分析闭合电路中的能量转化,理解闭合电路欧姆定律,掌握电 源电动势与路端电压和内电压的关系,并能用能量的观点解释,体会 能量守恒定律在闭合电路的欧姆定律中的应用. 3.能用闭合电路的欧姆定律解释负载对路端电压和电源输出功率 的影响等实际问题,体会图像法在研究物理问题中的作用,知道欧姆 表测量电阻的原理.
(5)不同型号的电池如图所示,能否依据电池体积的大小判断电 池电动势的大小?为什么?
答案:不能.因为电动势由电源中非静电力的特性决定,对于常 用的干电池来说,电动势跟电池的体积无关.
知识点二 闭合电路欧姆定律及其能量分析 1.将一节电压为1.5 V的新电池接在如图所示的电路中,且电路 中有一阻值为R的电阻.当开关断开时,用电压表测量出的电压 为1.5 V.当开关闭合后,电压表的读数变小.如何解释这种现象?
知识点一 电动势
1.非静电力:在电源内部,要使正电荷向正极移动,就一定要有一 种与静电力方向 相反 的力作用于电荷才行.我们把这种力叫作 非静电 . 2.电源的作用:电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中,非静 电力在做功,使电荷的电势能增加.所以,从能量转化的角度看,电 源是通过非静电力 做功把其他形式的能转化为 电势能 的装置.
答案:在电源内部,正电荷所受静电力的方向与正电荷运动的方向 相反,故静电力对正电荷做负功;在电源内部,正电荷所受非静电 力的方向与正电荷运动的方向相同,故非静电力对正电荷做正功; 其他形式的能转化为正电荷的电势能.
2.日常生活中我们经常接触到各种各样的电池,如标有“1.5 V” 字样的普通干电池,标有“3.7 V”字样的锂离子电池.如果把1 C 的正电荷从一节1.5 V的干电池的负极移到正极,非静电力做多 少功?电荷的电势能增加多少?如果把 1 C的正电荷从3.7 V的锂电池的负极移到正极呢?哪个电池做功 本领大? 答案:把1 C的正电荷从1.5 V的干电池的负极移到正极,非静电力 做功1.5 J,电荷的电势能增加1.5 J;把1 C的正电荷从 3.7 V的锂电池的负极移到正极,非静电力做功3.7 J,电荷的电势 能增加3.7 J.3.7 V的锂电池做功本领大.
C.滑动变阻器0~500 Ω
D.红表笔
E.黑表笔
(1)滑动变阻器选用
(填字母).
(2)红表笔接
端,黑表笔接
端.(均选填“M”或
“N”)
(3)把电流表改装成欧姆表后,电流表2 mA刻度处应标为 Ω, 电流表3 mA刻度处应标为 Ω；在如图所示的刻度盘上标 注对应的电阻值.
(4)若该欧姆表使用一段时间后,电源电动势变小,内阻变大,但此