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高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 闭合电路的欧姆定律学案设计
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册2 闭合电路的欧姆定律学案设计，文件包含人教版2019高中物理必修三新教材同步第12章2闭合电路的欧姆定律--教师版docx、人教版2019高中物理必修三新教材同步第12章2闭合电路的欧姆定律--学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共38页， 欢迎下载使用。
物理观念
1.知道电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置,知道电动势的定义式。
2.能根据闭合电路的欧姆定律解释路端电压与负载的关系。知道欧姆表测量电阻的原理。
科学探究
1.经历闭合电路的欧姆定律的理论推导过程,理解内、外电路的能量转化,体会能量转化和守恒定律在电路中的具体应用。
科学思维
1.理解闭合电路的欧姆定律,通过探究电源两端的电压与电流的关系体会图像法在研究物理问题中的作用。
科学态度与责任
1.了解电源短路可能会带来的危害,加强安全用电意识。
一、电动势
1．非静电力
(1)非静电力:在电源内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。这种力叫作非静电力。
(2)来源:在化学电池中,非静电力是 作用,它使化学能转化为电势能;在发电机中,非静电力是 作用,它把机械能转化为电势能。
2．电源
(1)定义：通过非静电力做功把 转化为 的装置．
(2)能量转化：在电源内部，非静电力做正功，其他形式的能转化为电势能，在电源外部， 做正功， 转化为其他形式的能．
3．电动势
(1)电动势：在电源内部，非静电力把正电荷从负极移送到正极 与 的比值．
(2)定义式：E＝eq \f(W,q).单位： ．
(3)大小:电动势在数值上等于非静电力把 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
(4)物理意义：反映电源 做功本领大小的物理量．
(5)决定因素：由电源中 决定，跟电源的体积 ，跟外电路 ．
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
1．闭合电路中的能量转化
(1)时间t内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为W＝Eq＝ .
(2)时间t内外电路产生的内能为Q外＝I2Rt.内电路产生的内能为Q内＝ .
(3)根据能量守恒定律，在纯电阻电路中应有W＝Q外＋Q内，即EIt＝ .
2．闭合电路的欧姆定律
(1)内容：闭合电路的电流跟电源的 成正比，跟 成反比．
(2)表达式：I＝eq \f(E,R＋r).
(3)另一种表达形式：E＝ .即：电源的电动势等于内、外电路 之和．
三、路端电压与负载的关系
1．路端电压的表达式：
U＝ .
2．路端电压随外电阻的变化规律
(1)当外电阻R增大时，由I＝eq \f(E,R＋r)可知电流I ，路端电压U＝E－Ir ．
(2)当外电阻R减小时，由I＝eq \f(E,R＋r)可知电流I ，路端电压U＝E－Ir ．
(3)两种特殊情况：当外电路断开时，电流I变为0，U＝E.即断路时的路端电压等于 ．当电源短路时，外电阻R＝0，此时I＝eq \f(E,r).
情境链接
电源电动势的大小与哪些因素有关?1号、5号、7号干电池有何不同?电动势大,电池容量一定大吗?
教材拓展
阅读教材第84页关于电动势的概念,证明:若电源1、2的电动势分别为E1、E2,将其串联起来当作一个“新电源”,如图所示,则新电源的电动势为E= E1+E2。
1．判断下列说法的正误．
(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)外电路断路时,电源两端的电压就是电源电动势。( )
(4)电源的内阻越大,闭合电路的电流就越小。( )
(5)电源发生短路时,电流为无穷大。( )
(6)E=U+Ir适用于任何电路。( )
2．练一练
（1）如图1所示，电动势为2 V的电源跟一个阻值R＝9 Ω的电阻接成闭合电路，理想电压表测得电源两端电压为1.8 V，则电源的内阻为________ Ω.
图1
一、电动势
导学探究
日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如图所示的干电池、手机电池,它们有的标有“1.5 V”字样,有的标有“3.7 V”字样。
(1)如果把5 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极,电荷的电势能增加了多少?非静电力做了多少功?如果把2 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢?
(2)是不是非静电力做功越多电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大?如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领?
知识深化
1．静电力和非静电力
(1)静电力是带电体之间通过电场相互作用的力，非静电力是指除静电力外能对电荷移动起作用的力 .
(2)非静电力的来源
①在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能．
②在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能．
2．静电力与非静电力做功的比较
(1)非静电力只存在于电源内部，因此非静电力只在电源内部对电荷做功．通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能．
(2)静电力存在于整个闭合电路上，所以在电路中任何部位静电力都要做功．静电力做功将电能转化为其他形式的能．
3．电动势
(1)定义:在电源内部,非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W与被移送电荷量q之比。
(2)公式:E=Wq。
(3)物理意义:反映电源非静电力做功本领大小的物理量。
(4)决定因素:由电源中非静电力的特性决定,跟外电路无关。
4．对电动势概念的四点诠释
(1)电动势是用物理量之比定义的物理量,由电源中非静电力的特性决定,是电源的属性,与移送的电荷量q和所做的功W无关,跟外电路无关。
(2)电动势是电源的专用名词,而电压对应于内、外电路。
(3)电动势E是标量,为了研究问题方便,规定电动势的方向为电源内部电流方向,即由电源负极指向正极。
(4)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．电动势越大,表明每移动1 C电荷,电源可把更多的其他形式的能量转化为电能。
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\物理 人教 必修3 新教材\\Wrd\\例1.TIF" \* MERGEFORMATINET 例1 电源电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力，因此( )
A．电动势越大，表明电源储存的电能越多
B．电动势的大小是非静电力做功能力的反映
C．电动势就是闭合电路中电源两端的电压
D．在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力
电动势与电势差的区别与联系
针对训练1 有一铅蓄电池,在其内部将2×10-5 C的电子从正极移到负极需要3×10-2 s的时间,此过程中非静电力做功为4×10-5 J,则该铅蓄电池的电动势是多少?给一小灯泡供电,供电电流是0.2 A,供电10 min,非静电力做功是多少?
二、闭合电路的欧姆定律
导学探究
如图2为闭合电路的组成．
图2
(1)在外、内电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？
(2)若电源电动势为E，电路中的电流为I，在t时间内非静电力做功多少？内、外电路中产生的焦耳热分别为多少？它们之间有怎样的关系？
(3)闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样？
知识深化
1.内、外电路中的电势变化
如图3所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高．
图3
2．闭合电路欧姆定律的几种表达形式
例2 (2019·聊城市期末)如图4所示的电路中，当开关S接a点时，标有“4 V,8 W”的小灯泡L正常发光，当开关S接b点时，通过电阻R的电流为1 A，这时电阻R两端的电压为5 V．求：
图4
(1)电阻R的阻值；
(2)电源的电动势和内阻．
针对训练2 (2023云南丽江高二期末)如图所示,电解槽A和电炉B并联后接到电源上,电源内阻r=1 Ω,电炉B电阻R=9 Ω,电解槽电阻r'=0.5 Ω。当S1闭合、S2断开时,电炉消耗功率为P1=324 W,S1、S2都闭合时,电炉消耗功率为P2=225 W(电炉电阻可看作不变),试求:
(1)电源的电动势E;
(2)S1、S2闭合时,流过电解槽的电流大小;
(3)S1、S2闭合时,电解槽中电能转化成化学能的功率。
解决闭合电路问题的一般步骤
1.分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流。
2.应用闭合电路的欧姆定律求干路中的电流。
3.根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流。
针对训练3 如图5所示，电源的电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.5 Ω，电阻R1＝R2，当开关S1闭合、S2断开时，通过电源的电流为1 A．当开关S1、S2都闭合时，求通过电源的电流和路端电压．
图5
三、路端电压与负载的关系
导学探究
1.在如图6所示的电路中，电源的电动势E＝10 V，内阻r＝1 Ω，试求当外电阻分别是3 Ω、4 Ω、9 Ω时所对应的路端电压．通过数据计算，你发现了怎样的规律？
图6
2．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．
知识深化
1．路端电压与负载的关系：U＝E－U内＝E－eq \f(E,R＋r)r，随着外电阻增大，路端电压增大；当外电路开路时(外电阻无穷大)，路端电压U＝E；这也提供了一种粗测电动势的方法，即用电压表直接测电源电动势．
2.路端电压与电流的关系：U＝E－Ir.
3．电源的U－I图像：如图7所示是一条倾斜的直线，图像中U轴截距E表示电源电动势，I轴截距I0等于短路电流(纵、横坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻．
图7
特别提示 电阻的伏安特性曲线中电压随电流的增大而增大,此处电源的U-I图像中电压随电流的增大而减小,二者物理意义不同。
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例3.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例3.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例3.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\物理 人教 必修3 新教材\\Wrd\\例3.TIF" \* MERGEFORMATINET 例3 (多选)如图8所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，下列结论正确的是( )
图8
A．电源的电动势为6.0 V
B．电源的内阻为12 Ω
C．电源的短路电流为0.5 A
D．电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω
针对训练4 (多选)(2019·成都市校级检测)A、B两电源分别供电时其路端电压与电流的关系图线如图9所示，则下列结论正确的是( )
图9
A．电源电动势EA＝EB
B．电源内阻rA＝rB
C．电源A的短路电流为0.2 A
D．电源B的短路电流为0.3 A
针对训练5 手电筒的电路图如图所示。老式的手电筒是把两节1号干电池串联起来作为电源,一节1号干电池的电动势是1.5 V。手电筒内的小灯泡的额定电压为2.5 V,额定电流为0.3 A,按下开关后,小灯泡正常发光。
(1)手电筒不工作时,电源两端电压是多大?为什么小灯泡的额定电压是2.5 V,而不是3.0 V?
(2)算一算,小灯泡正常工作时的电阻多大?电池组的内电阻多大?(保留2位有效数字)
1．(对电动势的理解)(多选)(2018·南阳一中高二月考)下列关于电源和电动势的说法中正确的是( )
A．电动势就是电势差，也叫电压
B．电动势大的电源，其内部非静电力做功不一定多
C．在外电路中和电源内部，因为正电荷都受静电力作用，所以能不断定向移动形成电流
D．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到正极所做的功
2．(路端电压与负载的关系)(多选)对于电动势和内阻确定的电源的路端电压，下列说法正确的是(I、U、R分别表示干路电流、路端电压和外电阻)( )
A．U随R的增大而减小 B．当R＝0时，U＝0
C．当电路断开时，I＝0，U＝0 D．当R增大时，U也会增大
3.(电源的U－I图像)(多选)如图10所示为某一电源的U－I图像，由图可知( )
图10
A．电源电动势为2 V
B．电源内阻为eq \f(1,3) Ω
C．电源短路时电流为6 A
D．电路路端电压为1 V时，电路中电流为5 A
4．(闭合电路欧姆定律的应用)有一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA.若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是( )
A．0.1 V B．0.2 V C．0.3 V D．0.4 V
5.(闭合电路欧姆定律的应用)(2018·烟台市期末)如图11所示的电路中，电源电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.6 Ω，电阻R1＝3 Ω，电阻R2＝4 Ω，电阻R3＝6 Ω.电压表为理想电表，闭合开关S，求：
图11
(1)通过电源的电流大小；
(2)电源的内电压和电压表的示数．
考点一 电动势
1．(多选)关于电源电动势E，下列说法中正确的是( )
A．电动势E的单位与电势、电势差的单位相同，都是伏特V
B．干电池和铅蓄电池的电动势是不同的
C．电动势E可表示为E＝eq \f(W,q)，可知电源内非静电力做功越多，电动势越大
D．电动势越大，表示电源内部将其他形式能转化为电能的本领越大
2．关于电源电动势，下列说法正确的是( )
A．同一电源接入不同的电路中，电动势会发生变化
B．1号1.5 V干电池比7号1.5 V干电池体积大，但电动势相同
C．电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领大小，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大
D．电动势、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同
考点二 闭合电路的欧姆定律
3．(多选)如图1所示，当可变电阻R＝2 Ω时，理想电压表的示数U＝4 V，已知电源的电动势E＝6 V，则( )
图1
A．此时理想电流表的示数是2 A
B．此时理想电流表的示数是3 A
C．电源的内阻是1 Ω
D．电源的内阻是2 Ω
4．(多选)(2018·张家口市期末)如图2所示的电路中，电源的电动势为3.2 V，电阻R的阻值为30 Ω，小灯泡L的额定电压为3 V，额定功率为4.5 W．当开关S接位置1时，电压表的读数为3 V，假如小灯泡电阻阻值不变，下列说法正确的是( )
图2
A．电源的内阻为4 Ω
B．小灯泡的电阻为2 Ω
C．当开关S接到位置2时，小灯泡很暗
D．当开关S接到位置2时，小灯泡两端的电压为3 V
考点三 路端电压与负载的关系
5．(多选)电源电动势为E，内阻为r，向可变电阻R供电．关于路端电压，下列说法中正确的是( )
A．因为电源电动势不变，所以路端电压也不变
B．当R增大时，路端电压也增大
C．当干路电流I增大时，路端电压也增大
D．因为U＝E－Ir，所以当I增大时，路端电压减小
6．(2018·华南师大附中期末)如图3所示，用两节干电池点亮几个灯泡，当逐一闭合开关，以下说法错误的是( )
图3
A．灯少时各灯较亮，灯多时各灯较暗
B．灯多时各灯两端的电压较低
C．灯多时通过干电池的电流较大
D．灯多时通过各灯的电流较大
考点四 电源的U－I图像
7.两个电源的U－I图像如图4所示，从图像中可以看出( )
图4
A．电池a的电动势较大，内阻较大
B．电池a的电动势较小，内阻较小
C．电池b的电动势较小，内阻较大
D．电池b的电动势较大，内阻较小
8．(多选)(2018·武钢三中期末)将两个不同的电源甲、乙的伏安特性曲线描绘在同一坐标系中，其关系如图5所示．则下列分析正确的是( )
图5
A．两图线的交点表示两电源所接的外电阻相等
B．两图线的交点表示两电源在该状态下的内电压相等
C．电源甲的电动势大
D．电源甲的内阻小
9．(2018·上海复旦附中期中)有两个相同的电阻，阻值均为R，串联起来接在电动势为E的电源上，通过每个电阻的电流为I，若将这两个电阻并联，仍接在该电源上，此时通过一个电阻的电流为eq \f(2I,3)，则该电源的内阻是( )
A．R B.eq \f(R,2) C．4R D.eq \f(R,8)
10.(2018·时杨中学高二上期中)如图6所示电路中，电源电动势E＝12 V，内阻r＝1.0 Ω，电阻R1＝9.0 Ω，R2＝15 Ω，理想电流表A的示数为0.4 A，求电阻R3的阻值和它消耗的电功率．
图6
11.(2018·哈师大附中期中)在如图7所示的电路中，R1＝2 Ω，R2＝R3＝4 Ω，当开关K接a时，R2上消耗的电功率为4 W，当开关K接b时，电压表示数为4.5 V，试求：
图7
(1)开关K接a时，通过电源的电流和电源两端的电压；
(2)电源的电动势和内阻；
(3)开关K接c时，通过R2的电流．
12．(2018·重庆万州区高二期末)如图8所示的电路中，R1＝2 Ω，R2＝3 Ω，R3＝6 Ω，电压表为理想电表，当开关S断开时，电压表示数为5.0 V；当开关S闭合时，电压表示数为2.4 V，求电源的电动势E和内阻r.
图8
13．如图9甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝100 Ω，R2阻值未知，R3为一滑动变阻器．当其滑片P从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流的变化图线如图乙所示，其中A、B两点是滑片P在滑动变阻器的两个不同端点得到的．求：
图9
(1)电源的电动势和内阻；
(2)定值电阻R2的阻值；
(3)滑动变阻器的最大阻值．比较项
电动势E
电势差U
实质
非静电力做功,其他形式的能转化为电能
静电力做功,电能与其他形式的能相互转化
公式
E=Wq,W为非静电力做的功
U=Wq,W为静电力做的功
联系
两者单位相同,均为伏特(V)
电动势等于电源未接入电路时两极间的电势差
表达式
物理意义
适用条件
I=ER+r
电流与电源电动势成正比
纯电阻电路
①E=I(R+r)
②E=U外+Ir
③E=U外+U内
电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和
①式适用于纯电阻电路
②③式普遍适用
④EIt=I2Rt+I2rt
⑤W=W外+W内
电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和
④式适用于纯电阻电路
⑤式普遍适用
物理观念
1.知道电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置,知道电动势的定义式。
2.能根据闭合电路的欧姆定律解释路端电压与负载的关系。知道欧姆表测量电阻的原理。
科学探究
1.经历闭合电路的欧姆定律的理论推导过程,理解内、外电路的能量转化,体会能量转化和守恒定律在电路中的具体应用。
科学思维
1.理解闭合电路的欧姆定律,通过探究电源两端的电压与电流的关系体会图像法在研究物理问题中的作用。
科学态度与责任
1.了解电源短路可能会带来的危害,加强安全用电意识。
一、电动势
1．非静电力
(1)非静电力:在电源内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。这种力叫作非静电力。
(2)来源:在化学电池中,非静电力是 作用,它使化学能转化为电势能;在发电机中,非静电力是 作用,它把机械能转化为电势能。
2．电源
(1)定义：通过非静电力做功把 转化为 的装置．
(2)能量转化：在电源内部，非静电力做正功，其他形式的能转化为电势能，在电源外部， 做正功， 转化为其他形式的能．
3．电动势
(1)电动势：在电源内部，非静电力把正电荷从负极移送到正极 与 的比值．
(2)定义式：E＝eq \f(W,q).单位： ．
(3)大小:电动势在数值上等于非静电力把 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
(4)物理意义：反映电源 做功本领大小的物理量．
(5)决定因素：由电源中 决定，跟电源的体积 ，跟外电路 ．
二、闭合电路欧姆定律及其能量分析
1．闭合电路中的能量转化
(1)时间t内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为W＝Eq＝ .
(2)时间t内外电路产生的内能为Q外＝I2Rt.内电路产生的内能为Q内＝ .
(3)根据能量守恒定律，在纯电阻电路中应有W＝Q外＋Q内，即EIt＝ .
2．闭合电路的欧姆定律
(1)内容：闭合电路的电流跟电源的 成正比，跟 成反比．
(2)表达式：I＝eq \f(E,R＋r).
(3)另一种表达形式：E＝ .即：电源的电动势等于内、外电路 之和．
三、路端电压与负载的关系
1．路端电压的表达式：
U＝ .
2．路端电压随外电阻的变化规律
(1)当外电阻R增大时，由I＝eq \f(E,R＋r)可知电流I ，路端电压U＝E－Ir ．
(2)当外电阻R减小时，由I＝eq \f(E,R＋r)可知电流I ，路端电压U＝E－Ir ．
(3)两种特殊情况：当外电路断开时，电流I变为0，U＝E.即断路时的路端电压等于 ．当电源短路时，外电阻R＝0，此时I＝eq \f(E,r).
情境链接
电源电动势的大小与哪些因素有关?1号、5号、7号干电池有何不同?电动势大,电池容量一定大吗?
教材拓展
阅读教材第84页关于电动势的概念,证明:若电源1、2的电动势分别为E1、E2,将其串联起来当作一个“新电源”,如图所示,则新电源的电动势为E= E1+E2。
1．判断下列说法的正误．
(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)外电路断路时,电源两端的电压就是电源电动势。( )
(4)电源的内阻越大,闭合电路的电流就越小。( )
(5)电源发生短路时,电流为无穷大。( )
(6)E=U+Ir适用于任何电路。( )
2．练一练
（1）如图1所示，电动势为2 V的电源跟一个阻值R＝9 Ω的电阻接成闭合电路，理想电压表测得电源两端电压为1.8 V，则电源的内阻为________ Ω.
图1
一、电动势
导学探究
日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如图所示的干电池、手机电池,它们有的标有“1.5 V”字样,有的标有“3.7 V”字样。
(1)如果把5 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极,电荷的电势能增加了多少?非静电力做了多少功?如果把2 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢?
(2)是不是非静电力做功越多电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大?如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领?
知识深化
1．静电力和非静电力
(1)静电力是带电体之间通过电场相互作用的力，非静电力是指除静电力外能对电荷移动起作用的力 .
(2)非静电力的来源
①在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能．
②在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能．
2．静电力与非静电力做功的比较
(1)非静电力只存在于电源内部，因此非静电力只在电源内部对电荷做功．通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能．
(2)静电力存在于整个闭合电路上，所以在电路中任何部位静电力都要做功．静电力做功将电能转化为其他形式的能．
3．电动势
(1)定义:在电源内部,非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W与被移送电荷量q之比。
(2)公式:E=Wq。
(3)物理意义:反映电源非静电力做功本领大小的物理量。
(4)决定因素:由电源中非静电力的特性决定,跟外电路无关。
4．对电动势概念的四点诠释
(1)电动势是用物理量之比定义的物理量,由电源中非静电力的特性决定,是电源的属性,与移送的电荷量q和所做的功W无关,跟外电路无关。
(2)电动势是电源的专用名词,而电压对应于内、外电路。
(3)电动势E是标量,为了研究问题方便,规定电动势的方向为电源内部电流方向,即由电源负极指向正极。
(4)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．电动势越大,表明每移动1 C电荷,电源可把更多的其他形式的能量转化为电能。
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\物理 人教 必修3 新教材\\Wrd\\例1.TIF" \* MERGEFORMATINET 例1 电源电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力，因此( )
A．电动势越大，表明电源储存的电能越多
B．电动势的大小是非静电力做功能力的反映
C．电动势就是闭合电路中电源两端的电压
D．在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力
电动势与电势差的区别与联系
针对训练1 有一铅蓄电池,在其内部将2×10-5 C的电子从正极移到负极需要3×10-2 s的时间,此过程中非静电力做功为4×10-5 J,则该铅蓄电池的电动势是多少?给一小灯泡供电,供电电流是0.2 A,供电10 min,非静电力做功是多少?
二、闭合电路的欧姆定律
导学探究
如图2为闭合电路的组成．
图2
(1)在外、内电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？
(2)若电源电动势为E，电路中的电流为I，在t时间内非静电力做功多少？内、外电路中产生的焦耳热分别为多少？它们之间有怎样的关系？
(3)闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样？
知识深化
1.内、外电路中的电势变化
如图3所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高．
图3
2．闭合电路欧姆定律的几种表达形式
例2 (2019·聊城市期末)如图4所示的电路中，当开关S接a点时，标有“4 V,8 W”的小灯泡L正常发光，当开关S接b点时，通过电阻R的电流为1 A，这时电阻R两端的电压为5 V．求：
图4
(1)电阻R的阻值；
(2)电源的电动势和内阻．
针对训练2 (2023云南丽江高二期末)如图所示,电解槽A和电炉B并联后接到电源上,电源内阻r=1 Ω,电炉B电阻R=9 Ω,电解槽电阻r'=0.5 Ω。当S1闭合、S2断开时,电炉消耗功率为P1=324 W,S1、S2都闭合时,电炉消耗功率为P2=225 W(电炉电阻可看作不变),试求:
(1)电源的电动势E;
(2)S1、S2闭合时,流过电解槽的电流大小;
(3)S1、S2闭合时,电解槽中电能转化成化学能的功率。
解决闭合电路问题的一般步骤
1.分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流。
2.应用闭合电路的欧姆定律求干路中的电流。
3.根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流。
针对训练3 如图5所示，电源的电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.5 Ω，电阻R1＝R2，当开关S1闭合、S2断开时，通过电源的电流为1 A．当开关S1、S2都闭合时，求通过电源的电流和路端电压．
图5
三、路端电压与负载的关系
导学探究
1.在如图6所示的电路中，电源的电动势E＝10 V，内阻r＝1 Ω，试求当外电阻分别是3 Ω、4 Ω、9 Ω时所对应的路端电压．通过数据计算，你发现了怎样的规律？
图6
2．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．
知识深化
1．路端电压与负载的关系：U＝E－U内＝E－eq \f(E,R＋r)r，随着外电阻增大，路端电压增大；当外电路开路时(外电阻无穷大)，路端电压U＝E；这也提供了一种粗测电动势的方法，即用电压表直接测电源电动势．
2.路端电压与电流的关系：U＝E－Ir.
3．电源的U－I图像：如图7所示是一条倾斜的直线，图像中U轴截距E表示电源电动势，I轴截距I0等于短路电流(纵、横坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻．
图7
特别提示 电阻的伏安特性曲线中电压随电流的增大而增大,此处电源的U-I图像中电压随电流的增大而减小,二者物理意义不同。
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例3.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例3.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例3.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\物理 人教 必修3 新教材\\Wrd\\例3.TIF" \* MERGEFORMATINET 例3 (多选)如图8所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，下列结论正确的是( )
图8
A．电源的电动势为6.0 V
B．电源的内阻为12 Ω
C．电源的短路电流为0.5 A
D．电流为0.3 A时的外电阻是18 Ω
针对训练4 (多选)(2019·成都市校级检测)A、B两电源分别供电时其路端电压与电流的关系图线如图9所示，则下列结论正确的是( )
图9
A．电源电动势EA＝EB
B．电源内阻rA＝rB
C．电源A的短路电流为0.2 A
D．电源B的短路电流为0.3 A
针对训练5 手电筒的电路图如图所示。老式的手电筒是把两节1号干电池串联起来作为电源,一节1号干电池的电动势是1.5 V。手电筒内的小灯泡的额定电压为2.5 V,额定电流为0.3 A,按下开关后,小灯泡正常发光。
(1)手电筒不工作时,电源两端电压是多大?为什么小灯泡的额定电压是2.5 V,而不是3.0 V?
(2)算一算,小灯泡正常工作时的电阻多大?电池组的内电阻多大?(保留2位有效数字)
1．(对电动势的理解)(多选)(2018·南阳一中高二月考)下列关于电源和电动势的说法中正确的是( )
A．电动势就是电势差，也叫电压
B．电动势大的电源，其内部非静电力做功不一定多
C．在外电路中和电源内部，因为正电荷都受静电力作用，所以能不断定向移动形成电流
D．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到正极所做的功
2．(路端电压与负载的关系)(多选)对于电动势和内阻确定的电源的路端电压，下列说法正确的是(I、U、R分别表示干路电流、路端电压和外电阻)( )
A．U随R的增大而减小 B．当R＝0时，U＝0
C．当电路断开时，I＝0，U＝0 D．当R增大时，U也会增大
3.(电源的U－I图像)(多选)如图10所示为某一电源的U－I图像，由图可知( )
图10
A．电源电动势为2 V
B．电源内阻为eq \f(1,3) Ω
C．电源短路时电流为6 A
D．电路路端电压为1 V时，电路中电流为5 A
4．(闭合电路欧姆定律的应用)有一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为40 mA.若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是( )
A．0.1 V B．0.2 V C．0.3 V D．0.4 V
5.(闭合电路欧姆定律的应用)(2018·烟台市期末)如图11所示的电路中，电源电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.6 Ω，电阻R1＝3 Ω，电阻R2＝4 Ω，电阻R3＝6 Ω.电压表为理想电表，闭合开关S，求：
图11
(1)通过电源的电流大小；
(2)电源的内电压和电压表的示数．
考点一 电动势
1．(多选)关于电源电动势E，下列说法中正确的是( )
A．电动势E的单位与电势、电势差的单位相同，都是伏特V
B．干电池和铅蓄电池的电动势是不同的
C．电动势E可表示为E＝eq \f(W,q)，可知电源内非静电力做功越多，电动势越大
D．电动势越大，表示电源内部将其他形式能转化为电能的本领越大
2．关于电源电动势，下列说法正确的是( )
A．同一电源接入不同的电路中，电动势会发生变化
B．1号1.5 V干电池比7号1.5 V干电池体积大，但电动势相同
C．电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领大小，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大
D．电动势、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同
考点二 闭合电路的欧姆定律
3．(多选)如图1所示，当可变电阻R＝2 Ω时，理想电压表的示数U＝4 V，已知电源的电动势E＝6 V，则( )
图1
A．此时理想电流表的示数是2 A
B．此时理想电流表的示数是3 A
C．电源的内阻是1 Ω
D．电源的内阻是2 Ω
4．(多选)(2018·张家口市期末)如图2所示的电路中，电源的电动势为3.2 V，电阻R的阻值为30 Ω，小灯泡L的额定电压为3 V，额定功率为4.5 W．当开关S接位置1时，电压表的读数为3 V，假如小灯泡电阻阻值不变，下列说法正确的是( )
图2
A．电源的内阻为4 Ω
B．小灯泡的电阻为2 Ω
C．当开关S接到位置2时，小灯泡很暗
D．当开关S接到位置2时，小灯泡两端的电压为3 V
考点三 路端电压与负载的关系
5．(多选)电源电动势为E，内阻为r，向可变电阻R供电．关于路端电压，下列说法中正确的是( )
A．因为电源电动势不变，所以路端电压也不变
B．当R增大时，路端电压也增大
C．当干路电流I增大时，路端电压也增大
D．因为U＝E－Ir，所以当I增大时，路端电压减小
6．(2018·华南师大附中期末)如图3所示，用两节干电池点亮几个灯泡，当逐一闭合开关，以下说法错误的是( )
图3
A．灯少时各灯较亮，灯多时各灯较暗
B．灯多时各灯两端的电压较低
C．灯多时通过干电池的电流较大
D．灯多时通过各灯的电流较大
考点四 电源的U－I图像
7.两个电源的U－I图像如图4所示，从图像中可以看出( )
图4
A．电池a的电动势较大，内阻较大
B．电池a的电动势较小，内阻较小
C．电池b的电动势较小，内阻较大
D．电池b的电动势较大，内阻较小
8．(多选)(2018·武钢三中期末)将两个不同的电源甲、乙的伏安特性曲线描绘在同一坐标系中，其关系如图5所示．则下列分析正确的是( )
图5
A．两图线的交点表示两电源所接的外电阻相等
B．两图线的交点表示两电源在该状态下的内电压相等
C．电源甲的电动势大
D．电源甲的内阻小
9．(2018·上海复旦附中期中)有两个相同的电阻，阻值均为R，串联起来接在电动势为E的电源上，通过每个电阻的电流为I，若将这两个电阻并联，仍接在该电源上，此时通过一个电阻的电流为eq \f(2I,3)，则该电源的内阻是( )
A．R B.eq \f(R,2) C．4R D.eq \f(R,8)
10.(2018·时杨中学高二上期中)如图6所示电路中，电源电动势E＝12 V，内阻r＝1.0 Ω，电阻R1＝9.0 Ω，R2＝15 Ω，理想电流表A的示数为0.4 A，求电阻R3的阻值和它消耗的电功率．
图6
11.(2018·哈师大附中期中)在如图7所示的电路中，R1＝2 Ω，R2＝R3＝4 Ω，当开关K接a时，R2上消耗的电功率为4 W，当开关K接b时，电压表示数为4.5 V，试求：
图7
(1)开关K接a时，通过电源的电流和电源两端的电压；
(2)电源的电动势和内阻；
(3)开关K接c时，通过R2的电流．
12．(2018·重庆万州区高二期末)如图8所示的电路中，R1＝2 Ω，R2＝3 Ω，R3＝6 Ω，电压表为理想电表，当开关S断开时，电压表示数为5.0 V；当开关S闭合时，电压表示数为2.4 V，求电源的电动势E和内阻r.
图8
13．如图9甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，且R1＝100 Ω，R2阻值未知，R3为一滑动变阻器．当其滑片P从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电源中流过的电流的变化图线如图乙所示，其中A、B两点是滑片P在滑动变阻器的两个不同端点得到的．求：
图9
(1)电源的电动势和内阻；
(2)定值电阻R2的阻值；
(3)滑动变阻器的最大阻值．比较项
电动势E
电势差U
实质
非静电力做功,其他形式的能转化为电能
静电力做功,电能与其他形式的能相互转化
公式
E=Wq,W为非静电力做的功
U=Wq,W为静电力做的功
联系
两者单位相同,均为伏特(V)
电动势等于电源未接入电路时两极间的电势差
表达式
物理意义
适用条件
I=ER+r
电流与电源电动势成正比
纯电阻电路
①E=I(R+r)
②E=U外+Ir
③E=U外+U内
电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和
①式适用于纯电阻电路
②③式普遍适用
④EIt=I2Rt+I2rt
⑤W=W外+W内
电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和
④式适用于纯电阻电路
⑤式普遍适用
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