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閉合電路
歐姆定律
第十二章 電能 能量守恒定律
人教版高中物理 必修3
由導(dǎo)線、電源和用電器連成的電路叫作閉合電路（closed circuit）。用電器和導(dǎo)線組成外電路，電源內(nèi)部是內(nèi)電路。
（1）外電路： 電源外部的電路
由用電器、開關(guān)和導(dǎo)線構(gòu)成。
內(nèi)電路
外電路
一、閉合電路
r
E
R
s
1、閉合電路的結(jié)構(gòu)：
（2）內(nèi)電路： 電源內(nèi)部的電路。
內(nèi)電阻： 電源內(nèi)部的電阻。
內(nèi)電路中的電阻叫內(nèi)電阻，簡稱內(nèi)阻。我們可以將電源看作一個(gè)沒有電阻的理想電源與電阻的串聯(lián)。
正極
負(fù)極
+
+
+
+
復(fù)習(xí)回顧
上一章第1節(jié)“電源和電流”我們學(xué)習(xí)了電源的功能，我們知道，要讓電路中有持續(xù)的電流，就必須有電源。請(qǐng)敘述電源的功能？
①電源能把電子從正極搬運(yùn)到負(fù)極（也可以說成：電源能把正電荷從負(fù)極搬運(yùn)到正極）
②電源能夠維持電路兩端的電壓。
③電源能夠?qū)⑵渌问降哪芰哭D(zhuǎn)化為電能。
在電源內(nèi)部，存在著由正極指向負(fù)極的電場。在這個(gè)電場中，靜電力阻礙正電荷向正極移動(dòng)。因此，在電源內(nèi)部要使正電荷向正極移動(dòng)，就一定要有一種與靜電力方向相反的力作用于電荷才行。我們把這種力叫作非靜電力。
電源把正電荷從負(fù)極搬運(yùn)到正極的過程中，這種非靜電力在克服內(nèi)部電場力做功，使電荷的電勢能增加。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的裝置。
電路 玩滑梯 外電路 滑梯
電池內(nèi)部 升降機(jī)
電場力對(duì)正電荷做
電勢能
重力對(duì)人做 重力勢能
非靜電力對(duì)正電荷做
克服
電勢能
拉力對(duì)人做
克服
重力勢能
類比
正功
減小
正功
重力
增加
正功
減小
正功
增加
電場力
化學(xué)電池
電勢能
化學(xué)能
非靜電力
化學(xué)作用
發(fā)電機(jī)
電勢能
機(jī)械能
非靜電力
電磁作用
不同的電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢能的本領(lǐng)是不同的，如何描述電源將其它形式能量轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)呢？
1.5V干電池
討論交流：非靜電力做功的本領(lǐng)最強(qiáng)弱與哪些因素有關(guān)
堿性干電池——將1C的正電荷由電源負(fù)極搬運(yùn)到正極，其非靜電力做功1.5J。
鋰電池——將1C的正電荷由電源負(fù)極搬運(yùn)到正極，其非靜電力做功3.7J。
鉛蓄電池——將1C的正電荷由電源負(fù)極搬運(yùn)到正極，非靜電力做功2J。
3.7V手機(jī)電池
①概念：描述電源通過非靜電力做功將其它能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)的
物理量。
（不成比例關(guān)系）
②大小：非靜電力把1C正電荷從電源負(fù)極移動(dòng)到正極所做的功。
③定義式：
④單位：V（與電勢、電勢差單位相同）
⑤電動(dòng)勢由非靜電力的特性決定，跟電源體積無關(guān)，也跟外電路無關(guān)。
2、電動(dòng)勢
＋
－
電源內(nèi)部
電勢能
其他能
非靜電力做功
靜電力做功
電動(dòng)勢與電勢差的區(qū)別
R
E ,r
思考與討論：閉合電路中電勢如何變化？
（1）在外電路中：沿電流方向電勢降低（降落）。
（2）在內(nèi)電路中：
①從負(fù)極到正極，存在電勢“躍升”。
②電流流過內(nèi)阻時(shí)，沿電流方向電勢也降低。
3、閉合電路中的電勢變化
A
B
A
B
C
D
r
E
R
s
設(shè)電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r，外電路的用電器都是純電阻為R，閉合電路的電流為I。
思考1、在時(shí)間t內(nèi)外電路中有多少電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能？
r
E
R
K
內(nèi)電路
外電路
E外=W電=UIt=I2Rt （純電阻）
思考2、當(dāng)電流通過內(nèi)電路時(shí)，也有一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，是多少？
E內(nèi)= Q內(nèi)=I2rt
思考3、電流流經(jīng)電源時(shí)，在時(shí)間t內(nèi)非靜電力做多少功？
W非=Eq=EIt
思考4、根據(jù)能量守恒定律，以上各能量之間有什么關(guān)系？
非
思考與討論：
隨堂練習(xí)：如圖所示，R1＝14Ω，R2＝9Ω。當(dāng)開關(guān)處于位置1時(shí)，電流表讀數(shù)I1＝0.2 A；當(dāng)開關(guān)處于位置2 時(shí)，電流表讀數(shù)I2＝0.3 A。求電源的電動(dòng)勢E 和內(nèi)阻r.
這個(gè)結(jié)論稱為：閉合電路的歐姆定律
那么：
如果外電路是純電阻電路，
即：
【結(jié)論】
r
E
R
S
內(nèi)電路
外電路
二、閉合電路歐姆定律
1、表述：閉合電路中的電流跟電源的電動(dòng)勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。
E＝U外＋I(xiàn)r
2、表達(dá)式:
3、推導(dǎo)式:
② E＝U外＋U內(nèi)
① E＝IR＋I(xiàn)r
U外＝E－Ir
（只適用于外電路為純電阻的閉合回路）
（既適用于外電路為純電阻電路也適用于非純電阻電路）
（只適用于外電路為純電阻的閉合回路）
是外電路上總的電勢降落，習(xí)慣上叫路端電壓.
是內(nèi)電路上的電勢降落，習(xí)慣上叫內(nèi)電壓.
注意：
U內(nèi)
U外
E
結(jié)論：E = U外+ U內(nèi)
E
r
R
S
閉合電路中電勢變化情況：
b
d
a
c
二、閉合電路歐姆定律
4、電動(dòng)勢和路端電壓
①路端電壓：外電路兩端的電壓，也就是閉合電路電源兩極的電壓。
②電源接入電路時(shí)：由U端＝E－Ir ，可知U端＜E。
正常工作時(shí)，由于內(nèi)電壓的存在，U端＜E，即電源兩極的電壓小于
電源電動(dòng)勢。
③電源沒有接入電路時(shí)：由U內(nèi)＝Ir =0，可知U端=E。
電源沒有接入電路時(shí)，電源兩極的電壓等于電源電動(dòng)勢。
三、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系
2、關(guān)系式：
（適用于一切電路）
1、負(fù)載：電路中的用電器，可以是純電阻元件，也可以是非純電阻元件。
思考與討論：外電阻R增大時(shí)，電壓表示數(shù)如何變化？
電壓表示數(shù)變大。
課堂小節(jié)
閉合電路的歐姆定律
電動(dòng)勢
閉合電路的
歐姆定律
路段電壓與負(fù)載關(guān)系
內(nèi)容
定義及定義式
物理意義及決定因素
各表達(dá)式的使用條件
表達(dá)式：
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)外電阻增大時(shí)，電流減小，路端電壓增大 。當(dāng)外電阻減小時(shí)，電流增大，路端電壓減小。
E= U外+ U內(nèi)
數(shù)學(xué)表達(dá)：U=E-Ir
該圖線通常叫做：電源的外部特性曲線
(1)圖象的函數(shù)表達(dá)式
②橫截距表示電源的短路電流
③圖象斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻，內(nèi)阻越大，圖線傾斜得越厲害。
①縱截距表示電源的電動(dòng)勢E。
(2)圖象的物理意義
U
I
O
E
I短
θ
斷路
短路
3、電源的外部特性曲線（電源的U-I圖象）
思考1：歐姆表的紅、黑表筆，哪一個(gè)電勢更高，電流方向如何？
思考2：歐姆表歐姆調(diào)零的本質(zhì)是什么？歐姆調(diào)零后的內(nèi)阻RΩ是多少？
思考3：歐姆表的表盤刻度為什么不均勻，有何特點(diǎn)？
思考4：歐姆表的“中值讀數(shù)”有何特殊意義？
四、歐姆表的原理
1、歐姆表的電路圖
①歐姆表內(nèi)部有電源
②黑表筆連接電源正極，紅表筆連接電源負(fù)極。（紅負(fù)黑正）
③紅表筆連接表頭正接線柱，黑表筆連接表頭負(fù)極。（紅正黑負(fù)）
④電流“紅進(jìn)黑出”
E r
R1
G
①歐姆調(diào)零：
②歐姆調(diào)零的實(shí)質(zhì)：
③歐姆調(diào)零后的內(nèi)阻：
2、歐姆表的內(nèi)阻
Rg
根據(jù)閉合電路歐姆調(diào)定律：
調(diào)節(jié)R1
使表頭滿偏，使電流為Ig 。
E r
R1
G
①測電阻原理：接入Rx時(shí)，電流：
3、歐姆表的表盤刻度特點(diǎn)
Rg
（每一個(gè)Rx都對(duì)應(yīng)著一個(gè)特定的Ix ，將I 值改標(biāo)成電阻值，就得到了歐姆表的表盤）
Rx
②當(dāng) 時(shí)，
當(dāng) 時(shí)，
當(dāng) 時(shí)，
③表盤刻度：左密右疏，左大右小。
Rx=RΩ
Rx=2RΩ
Rx=3RΩ
4、表盤中值讀數(shù)的意義
當(dāng)指針指向表盤正中間時(shí)， ，此時(shí)Rx=RΩ。
即：表盤的中值讀數(shù)等于歐姆表內(nèi)阻。
選擇×1倍率時(shí)：
選擇×10倍率時(shí)：
選擇×100倍率時(shí)：
RΩ=20Ω
RΩ=200Ω
RΩ=2000Ω
5、歐姆表電源老化引起的誤差問題
①電源內(nèi)阻增大，電動(dòng)勢不變時(shí)：
測量結(jié)果不受影響。
②電源內(nèi)阻增大，且電動(dòng)勢減小時(shí)：
測量結(jié)果偏大。
由： 可知，E 減小，則RΩ減小，
比如從20Ω，減小到19Ω，
此時(shí)當(dāng)Rx=19Ω，指針即可半偏，示數(shù)為20Ω，可見示數(shù)偏大。

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