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新人教版 必修三
第十二章 電能 能量守恒定律
第2節 （第一課時） 閉合電路歐姆定律
新課引入
圖中小燈泡的規格都相同，兩個電路中的電池也相同。多個并聯的小燈泡的亮度明顯比單獨一個小燈泡暗。如何解釋這一現象呢？觀看視頻，交流討論。
二、光的折射
學習任務一：電動勢
閉合電路：導線、電源和用電器連成的電路
外電路：用電器和導線
內電路：電源內部
1.電源
1.電源外部，正電荷將怎樣移動？
2.電源內部，正電荷將怎樣移動？
3.電源內部的正電荷受到電場力方向？電場力做正功還是負功？
4.什么力來克服電場力做功？
從正極到負極
從負極到正極
從正極指向負極
負功
非靜電力
+
+
+
+
電源
_
_
_
_
+
+
+
+
+
+
+
正極
負極
非靜電力
電源：通過非靜電力做功將其他形式的能轉化為電能的裝置
學習任務一：電動勢
干電池
發電機
在干電池中，非靜電力是化學作用，它使化學能轉化為電勢能；
在發電機中，非靜電力是電磁作用，它使機械能轉化為電勢能。
5.電源內部的非靜電力是由什么提供的？
學習任務一：電動勢
學習任務一：電動勢
2.類比
堿性干電池----將1C的正電荷由負極搬運到正極，非靜電力做功1.5J
鋅汞電池----將2C的正電荷由負極搬運到正極，非靜電力做功2.4J
鉛蓄電池----將5C的正電荷由負極搬運到正極，非靜電力做功10J
搬運1C正電荷時，非靜電力做功反映電源將其他形式能轉換成電勢能的本領。
（1）.定義：非靜電力把正電荷從負極搬運到正極所做的功跟被搬運的電荷量的比值。
數值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內從負極移送到正極所做的功。
（2）.定義式：
（W：非靜電力做的功 q：電荷量）
（3）.單位： 伏特（V） 1 V=1 J/C
標量
（4）.物理意義：反映電源把其他形式的能轉化為電勢能本領的大小。
（5）.特點:由電源中非靜電力的特性決定，跟電源的體積和外電路均無關。
學習任務一：電動勢
3.電動勢
(6)注意
①電動勢是比值法定義，與非靜電力做功多少以及移送電荷量多少無關
②電動勢由電源中非靜電力特性決定，與體積、形狀、是否接入電路均無關（電池體積會影響電池的容量與內阻）
③電動勢是標量，且一定是正值。
④電動勢越大，表示每移送1C電量電源可以把更多的其他形式的能量轉化為電勢能
⑤粗測電動勢的方法：用伏特表直接接電源兩端測電壓約等于電動勢。（考慮到電源有內阻，該電壓略小于電動勢）
學習任務一：電動勢
⑥電動勢與電壓的區別：
電動勢：反映電源把其它形式的能轉化為電能本領大小的物理量，即反映電源性質
電壓：反映電源把電能轉化為其它形式的能的本領大小的物理量，即反映電場性質
單位相同，都是伏特，電壓也叫電勢差有正負，電動勢只能為正。
學習任務一：電動勢
學習任務二：閉合電路歐姆定律及其能量分析
1.電源內阻
電源的內阻:電源的內部也是由導體組成的，所以也有電阻,用符號r表示。
實際的電源可分解成不計內阻的理想電源和一個內阻兩部分
問題1.電源內部非靜電力做了多少功？
能量如何轉化？
E
r
S
負載
A
B
I
情景設置：電源電動勢為E,內阻為r,與一個負載接成閉合電路，設負載兩端電壓為U ,電路中電流為I ,通電時間為t。
化學能
電能
其他形式能
非靜電力做功
電流做功
學習任務二：閉合電路歐姆定律及其能量分析
問題2：這些電能在哪些地方轉化成其他形式能量？
外電路
內電路
根據能量守恒定律,有：
能量關系：
功率關系：
電壓關系：
學習任務二：閉合電路歐姆定律及其能量分析
若外電路為純電阻電路
即
(1).內容：閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比，跟內、外電路的電阻之和成反比。
學習任務二：閉合電路歐姆定律及其能量分析
2.閉合電路歐姆定律
（2）表達式:
（只適用于外電路為純電阻的閉合回路）
3. E＝U外＋Ir
（3）變形式:
2. E＝U外＋U內
1. E＝IR＋Ir
4. U外＝E－Ir
（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）
注：對非純電阻電路，路端電壓U外IR
例題1
在下圖中，R1＝14Ω，R2＝9Ω，當開關S切換到位置1時，電流表的示數為I1＝0.2A;當開關S切換到位置2時，電流表的示數為I2＝0.3A。求電源的電動勢E和r。
解:由閉合電路歐姆定律可知
得:
學習任務三：路端電壓與負載的關系
1.外電路中的用電器叫負載，外電路的電勢降落叫路端電壓。
R
I
U內
U外
E. r 一定
I =
E
R+r
U內= Ir
E=U外+U內
（1）.理論根據：
閉合電路歐姆定律
部分電路歐姆定律
3.結論：路端電壓隨著外電阻的增大（減小）而增大（減小）。
（2）.邏輯推理：
如圖閉合開關S，將外電路的滑動變阻器R向左移動(增大R)，觀察電壓表的示數將會做什么變化？
E、r
s
R
A
V
若R向右移動呢？
2.情景設置：
（3）.兩種特例：
R=0
I=E/r
U內=E
U外=0
E. r 一定
I =
E
R+r
U內= Ir
E=U外+U內
①短路
②斷路
I =
E
R+r
R=∞
I=0
U內=0
U外=E
E. r 一定
U內= Ir
E=U外+U內
5.結論：當外電路短路時，電路中的電流I短=E/r，內電壓等于電動勢；當外電路斷路時，路端電壓等于電動勢。
學習任務三：路端電壓與負載的關系
學習任務三：路端電壓與負載的關系
3.實驗驗證
當R發生變化時，U端與I均發生變化，函數關系為：
U端=E-Ir=-rI+E，對比一次函數圖像y=kx+b作圖
I
U端
0
E
I短
從圖像可以看出：
①縱軸截距為電動勢E
②橫軸交點為短路電流，其中I短=E/r
③圖像斜率絕對值表示電源的內電阻：
斜率為負的所以加絕對值。
4.路端電壓隨電流變化的圖像
學習任務三：路端電壓與負載的關系
為什么多個并聯的小燈泡的亮度明顯比單獨一個小燈泡暗？
電路中電源電動勢E和內阻r是一定的，根據“越并越小”，路端總電阻減少。
根據 電流增加。
再根據U=E－Ir 可知，路端電壓減少，所以變暗。
為什么路端電壓，不通過U=IR 來判斷呢？
學習任務三：路端電壓與負載的關系
拓展
1.a為電源的U-I圖象，b為外電阻的U-I 圖象；
2.a的斜率的絕對值表示內阻大小；b的斜率
表示外電阻的大小；
3.a與縱軸的交點坐標表示電源的電動勢；
4.兩者的交點坐標表示該電阻接入電路時電路的總電流和路端電壓;
5.交點和原點之間的矩形UMOI的面積表示電源的輸出功率；
U
O I Im I
E
U M（I，U）
β
α
b a
N
當堂達標檢測
1．某個電動勢為E 的電源工作時電流為I，乘積EI 的單位是什么？從電動勢的意義來考慮， EI表示什么？
【詳解】某個電動勢為E的電源工作時，電流為I，乘積EI的單位是瓦
電源的總功率為
則EI表示單位時間內電源將其他形式的能轉化為電能的值
當堂達標檢測
2．小張買了一只袖珍手電筒，里面有兩節干電池。他取出手電筒中的小燈泡，看到上面標有“ 22V、0.25A ”的字樣。小張認為，產品設計人員的意圖是使小燈泡在這兩節干電池的供電下正常發光。由此，他推算出了每節干電池的內阻。如果小張的判斷是正確的，那么內阻是多少？提示：串聯電池組的電動勢等于各個電池的電動勢之和，內阻等于各個電池的內阻之和。
【詳解】若小張的判斷是對的，小燈泡在這兩節干電池的供電下正常發光，則電路中的電流為 I=0.25A，路端電壓為 U=2.2V，根據閉合電路的歐姆定律
則每一節干電池的內阻為
當堂達標檢測
【詳解】由題知，電池板的開路電壓 ，則電動勢為：
根據閉合電路歐姆定律得：
3．許多人造衛星都用太陽能電池發電，用蓄電池儲電。衛星上采用的蓄電池通常是鋰電池，電動汽車、手機上用的蓄電池也是鋰電池。某鋰電池的內阻是 ，不接負載時的電壓是 ，則短路時的電流是多少？ .
當堂達標檢測
【詳解】由閉合電路歐姆定律可得干路電流
路端電壓
如果在外電路上并聯一個R2=6.0Ω的電阻，外電路總電阻為
此時干路電流
路端電壓為
如果外電路中串聯一個R2=6.0Ω的電阻，路端電壓為
4．電源的電動勢為4.5V，內阻為0.5Ω，外電路的電阻為4.0Ω，路端電壓是多大？如果在外電路上并聯一個6.0Ω的電阻，路端電壓是多大？如果外電路中串聯一個6.0Ω的電阻，路端電壓又是多大？
當堂達標檢測
【詳解】（1）設至少需要n節電池，串聯的分壓電阻為R0，因為路端電壓必須大于（或等于）用電器的額定電壓，即
得到 ,可見n取整數的最小值為5．
（2）此時路端電壓
需要串聯的分壓電阻為
5．現有電動勢為1.5V、內阻為1.0Ω的電池多節，準備用幾節這樣的電池串聯起來對一個正常工作電壓為6.0V、工作電流為0.1A的小燈泡供電．問：
（1）最少需要用幾節這種電池？
（2）電路還需要一個定值電阻來分壓，請計算這個電阻的阻值．
當堂達標檢測
6．圖是汽車蓄電池供電簡化電路圖。當汽車啟動時，啟動開關S閉合，電動機工作，車燈會變暗；當汽車啟動之后，啟動開關S斷開，電動機停止工作，車燈恢復正常亮度。請分析以上現象發生的原因。
【詳解】當汽車啟動開關S閉合時，電動機與車燈并聯，電路總電阻變小，總電流變大，則降在r上的電壓變大，使得車燈兩端的電壓變小，車燈變暗；當啟動開關S斷開，電動機停止工作，車燈恢復正常亮度。
當堂達標檢測
7．充電寶內部的主要部件是鋰電池，充電寶中的鋰電池在充電后，就是一個電源，可以給手機充電。充電寶的銘牌通常標注的是“ mAh”（毫安時）的數量，即鋰電池充滿電后全部放電的電荷量。機場規定：嚴禁攜帶額定能量超過160Wh 的充電寶搭乘飛機。某同學查看了自己的充電寶銘牌，上面寫著“1000mAh ”和“3.7V ”，你認為能否把它帶上飛機？
【詳解】某同學查看了自己的充電寶銘牌，上面寫著“ ”和“ ”，則該充電寶的額定能量為
此能量小于機場規定的 的額定能量的充電寶，所以該同學能把它帶上飛機。

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