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第十二章 電能 能量守恒定律
第2節 閉合電路的歐姆定律
1.知道電源是通過非靜電力做功將其他形式的能轉化為電能的裝置，理解電動勢的定義和定義式。
2.能從能量的轉化和守恒的角度推導閉合電路的歐姆定律。
3.理解內、外電壓，理解閉合電路的歐姆定律。
4.會用閉合電路的歐姆定律分析路端電壓與負載的關系，會進行相關的電路分析和計算。
兩個電路中小燈泡的規格都相同，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？
不同的電源對電路提供的能量一樣嗎？與哪些因素有關呢？
知識點一：閉合電路
由導線、電源和用電器連成的電路叫作閉合電路（closed circuit）。
閉合電路
2.外電路:電源外部的電路
導線、電源、用電器
1.閉合電路的結構：
3.內電路:電源內部的電路
（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
思考：
內電路：
+ + + + + + +
- - - - - - -
電源內部
＋
F電
正極
負極
非靜電力把正電荷由負極移向正極
F非
電源內部，存在著正極指向負極的電場。
+ + + + + + +
- - - - - - -
電源內部
＋
F電
F非
正極
負極
非靜電力做功：使電荷的電勢能增加。
mg
F
非重力
重力場
低電勢
高電勢
Ep增加
消耗其它能量
類比
電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電勢能的裝置。
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。
思考：電源內部的非靜電力是由什么提供的？
思考：不同電源把其他形式的能轉化為電勢能的本領相同嗎
不同的抽水機，抽水的本領（舉起高度）不同，使單位質量的水所增加的重力勢能不同。
不同的電源，非靜電力做功的本領不同使單位正電荷所增加的電勢能不同。
①概念：非靜電力所做的功與所移動的電荷量之比來表示電源的這種特性。
②大小：非靜電力把1C正電荷從電源負極移動到正極所做的功。
③公式：
④單位 V
（與電勢、電勢差單位相同）
⑤電動勢由非靜電力的特性決定，跟電源體積無關，也跟外電路無關。
E=
比值定義法，E的大小由非靜電力的特性決定，不由W,q決定。
知識點二：電動勢
電動勢與電壓的區別與聯系
知識點三：閉合電路歐姆定律及其能量分析
在外電路中，電流方向由正極流向負極。
在內電路中，通過非靜電力做功使正電荷由負極移到正極，所以電流方向由負極流向正極。
2.閉合回路的電流
1.部分電路的電流
內電路與外電路中的總電流是相同的。
r
E
R
s
I
I
R
U
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
（1）在外電路中，沿電流方向電勢降低。
（2）在內電路中，一方面，存在內阻，沿電流方向電勢也降低；另一方面，沿電流方向存在電勢“躍升”(BC 和DA為化學反應層)。
3.電路中的電勢變化
A
B
C
D
R
E 、r
化學反應層
A
C
D
Ir
內阻上電勢降低
B
電勢突升
電勢突升
外電路電阻稱為外電阻，用R表示；
內電路電阻稱為內電阻，用r表示；
外電路
內電路
對于閉合電路來說，內、外電路都會出現電勢降低，電勢能減少。那么，電流I跟電源電動勢E即內阻r、外電路電阻R之間會有怎樣的關系呢？
E
r
R
r
E
R
s
I
W非靜電力=qE=IEt
1.合上開關，電路中有電流的同時伴隨能量的轉化，在時間t內，有多少化學能轉化為電能？
問題探究：
3.電流流經內電阻r時，在時間t內轉化的內能？
2.電流流經外電阻R時，在時間t內轉化的內能？
外電路產生電熱為：Q外=I2Rt
內電路產生電熱為：Q內=I2Rt
4.以上各能量之間有什么關系？
根據能量守恒定律，非靜電力做的功應該等于內外電路中電能轉化為其他形式的能的總和。
r
E
R
s
I
W=Q外+Q內
IEt=I2Rt+I2rt
E=IR+Ir
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，這個結論叫做閉合電路歐姆定律。
適用范圍：外電路為純電阻的電路
B
D
A
C
E=IR+Ir
A
B
C
D
R
E , r
U外=IR是外電路上總的電勢降落；
U內=Ir是內電路上總的電勢降落；
E=U外+U內
電源電動勢等于內外電路電勢降落之和。
內電壓
外電壓
閉合電路歐姆定律的幾種表示形式
知識點四：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。
E、r
s
R1
A
V
R0
負載
2.電源一定時，電流、路端電壓、內電壓會隨外電路電阻R的改變而改變，變化情況如下表。 (↑表示增加，↓表示減少)
U＝E－Ir
E、r
s
R1
A
V
R0
思考：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。
B
D
C
A
B
D
C
A
A
B
短路(R=0)
A
B
斷路(R→∞ I=0)
（1）外電路斷路時:
（2）外電路短路時:
U外=I R外=
E
R外+r
R外
=
E
1+
r
R外
一般不允許外電路短路。
在電源末接入電路的情況下，用電壓表直接測量電池兩極所得到的數值，近似等于電源電動勢的大小。
3.兩種特殊電路
(1)圖象的函數表達式
②在橫軸上的截距表示電源的短路電流
③圖象斜率的絕對值表示電源的內阻，內阻越大，圖線傾斜得越厲害。
①在縱軸上的截距表示電源的電動勢E。
(2)圖象的物理意義
U
I
O
E
I短
θ
斷路
短路
4.電源的外部特性曲線 ——路端電壓U隨電流I變化的圖象
r=0
1.（多選）關于電動勢下列說法正確的是（　　）
A．電源電動勢等于電源正負極之間的電勢差
B．用電壓表直接測量電源兩極得到的電壓數值，實際上總略小于電源電動勢的準確值
C．電源電動勢總等于內、外電路上的電壓之和，所以它的數值與外電路的組成有關
D．電動勢的大小等于電路中通過1C的電荷時，電源所提供的能量
BD
2.（多選）若用E表示電源電動勢，U表示外電壓，U′表示內電壓，R表示外電路的總電阻，r表示內電阻，I表示電流，則下列各式中一定正確的是（　　）
A．U＝2U′ B．U′＝E－U
C．U＝E—Ir D．U＝ ·E
BC
3.在U-I圖象中，下列判斷中，正確的是（ ）
A.被測電池的電動勢為1.5V
B.被測電池的內電阻為2.0Ω
C.外電路短路時的電流約為3.0A
D.從圖象的A點變化到B點，外電路電阻變小
ACD
U/V
I/A
O
A
B
1
2
3
4
0.5
1.0
1.5
4.在如圖所示的電路中，R1＝20 Ω ，R2＝10 Ω ，當開關S扳到位置1時，電流表的示數為 I1＝0.20 A ；當開關S扳到位置2時，電流表的示數為I2＝0.30 A ，求電源的電動勢和內電阻。
解析:設電源的電動勢為E，內阻為r
根據閉合電路歐姆定律列出方程：
E＝I1R1＋I1r ···①
E＝I2R2＋I2r ··· ②
代入數據，解得 E＝6 V ，r＝10 Ω

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