2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修3 第12章电能 能量守恒定律12.2闭合电路的欧姆定律(3)课件

第二节　闭合电路的欧姆定律\n1.电源电动势在数值上等于不接用电器时电源正负两极间的.2.非静电力(1)非静电力的作用:把正电荷在电源内部由搬运到,同时在该过程中非静电力做功,将其他形式的能转化为.(2)非静电力的来源:在化学电池中是指作用,在发电机中是指作用.1|电动势电压负极正极电势能化学电磁\n导师点睛非静电力和电场力的区别非静电力除电场力之外,对电荷的运动起促进或阻碍作用的力.在电源内部,非静电力做功将正电荷“移送”到电势能高的电极,增加电势能(消耗其他形式的能)常见的有化学作用、电磁作用、洛伦兹力等电场力静止带电体之间的作用力.在电源外的电路里,自由电荷在电场力作用下移动,电场力做正功,电势能减小,电势能转化为其他形式的能又称库仑力、静电力\n3.电动势(1)大小:非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的功跟被搬运的的比值.(2)公式:E=.(3)单位:伏特,用符号“V”表示.(4)物理意义:电动势的大小反映了电源将其他形式的能转化为的本领,电动势大,表示电源的转化本领.电荷量电能大\n导师点睛电源电动势与电势差的比较物理量电势差电动势意义表示电场力做功将电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能的本领大小公式UAB=,数值上等于将单位正电荷从导体一端移到另一端电场力所做的功E=,数值上等于将单位正电荷从电源负极移到正极非静电力所做的功单位伏特(V)伏特(V)正负含义电流流过电阻,电势降落,沿电流方向为正,逆电流方向为负在中学物理中,电动势E取正值,不讨论负电动势问题决定因素由电源及导体的电阻和连接方式决定仅由电源本身决定测量方法将电压表并联在被测电路两端将内阻很大的电压表连接于电源两端,且外电路断开\n1.内容:闭合电路中的电流与电源的电动势成正比,与内、外电路的电阻之和成.2.公式:I=;适用范围:纯电阻电路.3.常用的变形公式:E=或U外=E-Ir;适用范围:任何闭合电路.2|闭合电路欧姆定律反比U外+U内\n1.路端电压与外电阻的关系:U外=E-U内=E-r.结论:①R增大→U外;②外电路断路时U外=E;③外电路短路时U外=0.2.路端电压与电流的关系(1)公式:U外=.(2)图像(U-I图像):如图所示是一条倾斜的直线,该直线与纵轴交点的纵坐标表示,斜率的绝对值表示.3|路端电压与负载的关系增大E-Ir电动势E电源内阻r\n1.电场力与非静电力都可以使电荷移动,所以本质上都是使电荷的电势能减少.(    　)2.在电源外部,电场力使正电荷定向移动,在电源内部是非静电力使正电荷定向移动,因而形成电流.(　　)3.电源发生短路时,电流为无穷大.(    　)4.外电路断路时,电源两端的电压等于电源电动势.(　　)5.电源的电动势E和内阻r是由电源本身决定的,不随外电路电阻的变化而改变.(　　)判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”.✕✕√√√\n情境　设电源的电动势E=3V,内阻r=2Ω,根据路端电压与电流的关系U=E-Ir,以U为纵轴,I为横轴,作出U与I的关系图像,如图所示,据图回答下面问题.1|电源U-I图像的理解和应用\n问题1.外电路断开的状态对应于图像中的哪个点?怎么看出这时路端电压与电源电动势的关系?提示:外电路断开时,电流为零,电源内阻上没有电压,则此时路端电压与电源电动势相等,即对应图像中纵轴上的A点.2.电动势E的大小对图像有什么影响?提示:电源的电动势E越大,对应U-I图像纵截距就越大.3.电源短路的状态对应图像中的哪个点?怎样读出这时电流的大小?提示:电源短路时负载电阻为零,路端电压为零,则对应着图像中横轴上的B点,此时横截距为电源短路电流.4.r的大小对图像有什么影响?提示:根据U与I的关系和数学知识可以得出路端电压U和电流I的关系图像斜率的绝对值等于电源的内阻r,电源的内阻越大,图像斜率的绝对值就越大.\n图像种类电源的U-I图像定值电阻的U-I图像图形物理意义电源的路端电压随电路中电流的变化关系电阻两端的电压随电阻中电流的变化关系截距图线与纵轴交点的纵坐标表示电源电动势E,与横轴交点的横坐标表示短路电流图线过坐标原点,表示电流为零时电阻两端的电压为零电源的U-I图像和定值电阻的U-I图像的比较\n图像种类电源的U-I图像定值电阻的U-I图像坐标U、I的乘积表示电源的输出功率表示电阻消耗的功率坐标U、I的比值表示外电阻的大小,不同点对应的外电阻大小不同表示电阻的大小,不同点对应的比值均相同斜率的绝对值表示电源内阻r的大小表示电阻大小\n判定总电阻变化情况的规律(1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小).(2)若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多时,电路的总电阻减小.(3)在如图所示分压电路中,滑动变阻器可视为由两段电阻构成,其中一段R并与用电器并联,另一段R串与并联部分串联.A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致.2|电路的动态分析\n电路动态分析的方法(1)程序法:遵循“局部—整体—部分”的思路,按以下步骤分析:(2)极限法:因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论.(3)串反并同法:“串反”是指某一电阻增大(或减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(或增大);“并同”是指某一电阻增大(或减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(或减小).\n如图所示为某同学在研究性学习中自制的电子秤原理示意图.托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计.滑动变阻器的滑片与弹簧上端连接.不称重物时,滑片P在电阻R0的最上端【1】;称重物时,在压力作用下滑片P下滑【2】.操作人员可通过电阻很大的灯泡的亮度判断出有没有开始称重,电流表的示数可以反映出物体的质量,下列说法正确的是(　　)A.称的物体越重,灯泡越暗B.称的物体越重,电流表示数越大C.不称重物时,灯泡会很亮D.不称重物时,电流表示数较大\n信息提取【1】滑片P在R0的最上端,R0、灯泡被短路.【2】滑动变阻器连入电路的有效电阻增大.思路分析解答本题要三步走:第一步:看电路的连接方式,滑动变阻器与灯泡并联,然后与电阻R1串联.第二步:看滑片P的移动方向,下移物体重,上移物体轻.第三步:利用闭合电路欧姆定律【3】分析干路中电流的变化,利用串并联电路的特点【4】分析支路电流的变化情况.\n解析当物体越重时,弹簧的压缩量越大,P越向下,滑动变阻器接入电路的电阻值越大,则总电阻越大,总电流I越小(由【3】得到),选项B错误;灯泡两端的电压U=E-Ir-IR1越大,通过灯泡的电流I灯=越大(由【4】得到),灯泡越亮,选项A错误;不称重物时,R0、灯泡被短路,电路总电阻最小(由【1】得到),电流表示数I=较大,选项D正确,选项C错误.答案D\n闭合电路的功率和效率3|闭合电路的功率及效率问题电源总功率任意电路:P总=EI=P出+P内纯电阻电路:P总=I2(R+r)=电源内部消耗的功率P内=I2r=P总-P出电源的输出功率任意电路:P出=UI=P总-P内纯电阻电路:P出=I2R=电源的效率任意电路:η=×100%=×100%纯电阻电路:η=×100%\n(1)当R=r时,电源的输出功率最大,为.(2)当R>r时,随着R的增大,输出功率越来越小.(3)当R<r时,随着R的增大,输出功率越来越大.(4)当P出<P出m时,每个输出功率对应两个外电阻R1和R2,且R1R2=r2.电源的输出功率与外电阻的关系电源的输出功率P出与外电阻R的关系图像如图:\n电路的简化不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所处的支路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上.电路稳定时电容器的处理方法电容器所在的支路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻不降低电压,是等势体.电容器两端的电压等于与之并联的支路两端的电压.电容器所带电荷量的变化如果变化前后极板带电的电性相同,那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之差;如果变化前后极板带电的电性相反,那么通过所连导线的电荷量等于初、末状态电容器所带电荷量之和.4|含容电路问题\n如图所示,电源电动势E=9V,内电阻r=0.5Ω,电阻R1=5.0Ω、R2=3.5Ω、R3=6.0Ω、R4=3.0Ω,电容C=2.0μF.当开关S由与a接触【1】到与b接触【2】通过R3的电荷量【3】是多少?\n信息提取【1】S与a接触电路稳定时,等效电路如图甲.【2】S与b接触电路稳定时,等效电路如图乙.甲乙【3】R3与电容器串联,通过R3的电荷量即电容器所带电荷量的变化量.\n思路分析解答本题需要四步走:第一步:画出开关分别接a和b时的等效电路图;第二步:根据闭合电路的欧姆定律【4】分别求出两种情况下电路中的电流,再根据欧姆定律【5】分别算出两种情况下电容器两端的电压;第三步:根据电容定义式【6】计算电容器极板上的电荷量;第四步:判断变化前后极板带电的电性,然后计算通过R3的电荷量.\n解析当开关接a时,电容器两端的电压U1=R1=5V(由【1】和【4】得到)电容器所带电荷量Q1=CU1=2.0×10-6×5C=1×10-5C(由【6】得到)由于上极板电势高,则上极板带正电荷.当开关接b时,电容器两端的电压U2=R2=3.5V(由【2】和【4】得到)电容器所带电荷量Q2=CU2=2.0×10-6×3.5C=0.7×10-5C(由【6】得到)且上极板电势低,则上极板带负电.因开关与a、b接触时极板所带电荷电性相反,通过所连导线的电荷量等于两个状态下电容器所带电荷量之和,开关由a接b的过程中,电荷量变化ΔQ=Q1+Q2=1.7×10-5C即通过R3的电荷量为1.7×10-5C.答案1.7×10-5C