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高中人教版 (2019)2 闭合电路的欧姆定律多媒体教学课件ppt
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这是一份高中人教版 (2019)2 闭合电路的欧姆定律多媒体教学课件ppt，共53页。PPT课件主要包含了知识点一电动势，非静电，非静电力，电势能，EIt，I2Rt，I2rt，Q外+Q内，电动势，外电路的电阻之和等内容，欢迎下载使用。
2 闭合电路的欧姆定律
1.非静电力:在电源内部,要使正电荷向正极移动,就一定要有一种与静电力方向 的力作用于电荷才行.我们把这种力叫作 .2.电源的作用:电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中,非静电力在做功,使电荷的电势能增加.所以,从能量转化的角度看,电源是通过 做功把其他形式的能转化为 的装置.
3.电动势.(1)概念:在物理学中,我们用 所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的特性,叫作电动势.(2)定义式: .(3)单位:伏特(V).(4)物理意义:电动势在数值上等于 把 1 C 的正电荷在电源内从 移送到 所做的功,即电动势是反映电源中非静电力做功本领的物理量.
(5)不同型号的电池如图所示,能否依据电池体积的大小判断电池电动势的大小?为什么?
答案:不能.因为电动势由电源中非静电力的特性决定,对于常用的干电池来说,电动势跟电池的体积无关.
知识点二 闭合电路欧姆定律及其能量分析
1.将一节电压为1.5 V的新电池接在如图所示的电路中,且电路中有一阻值为R的电阻.当开关断开时,用电压表测量出的电压为1.5 V.当开关闭合后,电压表的读数变小.如何解释这种现象?
答案:因为电源内有电阻,当开关闭合后,电源内的电阻分得了一部分电压,所以电压表读数小于1.5 V.
3.在如图所示电路中标出内电路和外电路,并分析外电路中电势的变化规律.
4.闭合电路的能量分析.闭合电路如图所示,设电源电动势为E,电源内阻为r,外电路电阻为R,电路中电流为I,通电时间为t.
(1)电源输出的电能为W= .(2)外电路转化的内能为Q外= .(3)内电路转化的内能为Q内= .(4)根据能量守恒定律,非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式能的总和,即W= .
知识点三 路端电压与负载的关系
路端电压的U-I图像如下图所示,外电路的电阻为R.
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.E=U+Ir适用于任何电路.( )4.在电源一定的闭合电路中,外电路的电阻越大,路端电压越大.( )5.外电路短路时,电路中的电流无穷大.( )
如图所示,电源在电路中的作用是不断地将流到负极的正电荷经过电源内部搬运到正极,从而保持正、负极有稳定的电势差,电路中有持续的电流.
1.在图示电源内部,正电荷在运动过程中静电力对其做什么功?非静电力对正电荷做什么功?能量如何转化?
答案:在电源内部,正电荷所受静电力的方向与正电荷运动的方向相反,故静电力对正电荷做负功;在电源内部,正电荷所受非静电力的方向与正电荷运动的方向相同,故非静电力对正电荷做正功;其他形式的能转化为正电荷的电势能.
2.日常生活中我们经常接触到各种各样的电池,如标有“1.5 V”字样的普通干电池,标有“3.7 V”字样的锂离子电池.如果把1 C的正电荷从一节1.5 V的干电池的负极移到正极,非静电力做多少功?电荷的电势能增加多少?如果把1 C的正电荷从3.7 V的锂电池的负极移到正极呢?哪个电池做功本领大?
答案:把1 C的正电荷从1.5 V的干电池的负极移到正极,非静电力做功1.5 J,电荷的电势能增加1.5 J;把1 C的正电荷从3.7 V的锂电池的负极移到正极,非静电力做功3.7 J,电荷的电势能增加3.7 J.3.7 V的锂电池做功本领大.
3.是不是非静电力做功越多,电源把其他形式的能转化为电势能的本领就越大?如何描述电源把其他形式的能转化为电势能的本领?
1.对非静电力的理解.(1)非静电力:电源内使正、负电荷分离,并使正电荷聚积到电源正极、负电荷聚积到电源负极的非静电性质的作用力,是对除静电力外能对电荷流动起作用的其他力的统称.(2)来源:在化学电池中,非静电力是化学作用,它使化学能转化为电势能;在发电机中,非静电力是电磁作用,它把机械能转化为电势能.
2.电势差与电源电动势的区别.
【典例1】(多选)一组铅蓄电池的电动势为6 V,内阻不为0,下列说法正确的是( )A.电路中每通过1 C的电荷,铅蓄电池能把6 J的化学能转化为电势能B.体积大的铅蓄电池比体积小的铅蓄电池的电动势大C.电路中每通过1 C的电荷,铅蓄电池内部非静电力做功为6 JD.该铅蓄电池把其他形式的能转化为电势能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)的强
解析:由W=Eq可知,电路中每通过1 C的电荷时,铅蓄电池将6 J的化学能转化为电势能,故选项A正确;电源的电动势只与电源的性质有关,与体积无关,故选项B错误;电路中每通过1 C的电荷,铅蓄电池内部非静电力做功为W=Eq=6 J,故选项C正确;电动势反映电源将其他形式的能转化为电势能的本领,故选项D正确.
探究二 闭合电路欧姆定律及其能量分析
下图为闭合电路的组成示意图.
1.若电源电动势为E,闭合开关,电路中的电流为I,在时间t内非静电力做功多少?内、外电路中产生的热量分别为多少?它们之间有怎样的关系?
2.闭合电路的电流I与电动势E、外电路的电阻R和内阻r有什么关系?
答案:非静电力做功W=EIt,内、外电路产生的热量分别为Q内=I2rt,Q外=I2Rt,根据能量守恒定律有 W=Q外+Q内,即EIt=I2Rt+I2rt.
3.图示电路中,电源的输出功率与外电路的电阻R有什么关系?电源的效率与外电路的电阻R有什么关系?
【典例2】如图所示,电源电动势为E,内阻为r.闭合开关,当滑动变阻器的滑片P向B点移动时,电压表V1的读数U1与电压表V2的示数U2的变化情况是( )
A.U1变大,U2变小 B.U1变大,U2变大C.U1变小,U2变小 D.U1变小,U2变大
【典例3】如图所示,E=8 V,r=2 Ω,R1=8 Ω,R2为滑动变阻器.
答案:(1)10 Ω 1.6 W (2)0 5.12 W 80% (3)不能,理由见解析.
电路中最大功率的计算技巧(1)电源最大输出功率的计算.在闭合电路中E和r不变,电源的输出功率P出随R外的变化而变化,且当R外=r,电源的输出功率P出最大.(2)电路中可变电阻最大功率的计算.当电路中有一个电阻变化而其他电阻恒定时,可以把这个电阻看作外电路,把其他的定值电阻当作电源内阻的一部分,当R变=R定+r时,P变有最大值.(3)电路中定值电阻最大功率的计算.定值电阻的阻值不变,根据P=I2R,当电路中电流最大时,其功率最大.
探究三 路端电压与电流、负载的关系
1.在如图所示的电路中,电源的电动势E=10 V,内阻r=1 Ω,试求当外电路的电阻分别是3 Ω、4 Ω、9 Ω时所对应的路端电压.通过计算,你发现了怎样的规律?
2.依据部分电路的欧姆定律和闭合电路的欧姆定律,推导出路端电压和负载电阻的关系,并分析用电压表直接测电源电动势的依据.
3.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,说明图线与纵轴的交点、与横轴交点(纵坐标从0开始)、斜率的绝对值的物理意义.
两类U-I图像的比较.
【典例4】(2021·全国联考卷)图中的直线Ⅰ、Ⅱ分别是电池1和电池2的路端电压随电流变化的图线,直线Ⅲ是某用电器两端电压随电流变化的图线.则( )
A.电池1和电池2的电动势相等B.电池1和电池2的内阻之比为3∶5C.该用电器的电阻为2 ΩD.该用电器分别接在电池1和电池2上时消耗的功率之比为9∶4
探究四 欧姆表的原理及应用
欧姆表是在电流表的基础上改装而成的.为了使测量电阻时电流表指针能够偏转,表内应有电源.下图是一个简单欧姆表的内部电路和刻度盘.
1.为什么欧姆表的零刻度在刻度盘的右端?如何计算欧姆表的内阻?
2.欧姆表刻度盘上的刻度为什么是不均匀的?
3.欧姆表刻度盘的中间刻度值有什么重要意义?
1.欧姆表的内部结构:欧姆表由表头、电源和可变电阻三部分组成.如图所示.
2.原理:依据闭合电路欧姆定律,由电流表改装而成.
【典例5】把一量程为0~6 mA、内阻为100 Ω的电流表改装成欧姆表,电路如图所示.现备有如下器材:A.电源(E=3 V,内阻不计)B.滑动变阻器0~100 ΩC.滑动变阻器0~500 ΩD.红表笔E.黑表笔
(1)滑动变阻器选用 (填字母). (2)红表笔接 端,黑表笔接 端.(均选填“M”或“N”)
(3)把电流表改装成欧姆表后,电流表2 mA刻度处应标为 Ω,电流表3 mA刻度处应标为 Ω；在如图所示的刻度盘上标注对应的电阻值.
(4)若该欧姆表使用一段时间后,电源电动势变小,内阻变大,但此表仍能调零,按正确使用方法接入同样待测电阻Rx,其测量结果与真实值相比将 (选填“偏大”“偏小”或“不变”).
答案:(1)C (2)N M (3)1 000 500 见解析图. (4)偏大
1.将一个电源与一电阻箱连接构成闭合回路,测得电阻箱所消耗的功率P与电阻箱的读数R的关系如图所示.下列说法正确的是( )
A.电源最大输出功率可能大于45 WB.电源的内阻为5 ΩC.电源的电动势为45 VD.电阻箱消耗的功率为最大值时,电源的效率大于50%
2.如图所示,电源电动势为E,电源内阻为r=1 Ω,定值电阻R1=4 Ω,滑动变阻器R2变化范围是0~10 Ω.下列说法正确的是( )
A.当R2=3 Ω时,电源的输出功率最大B.当R2=3 Ω时,R1获得的功率最大C.当R2=0时,电源的效率最大D.当R2=0时,R1获得的功率最大
3.如图所示,电源电动势和内阻都保持不变,当滑动变阻器滑片向上移动时( )
A.电压表的读数增大,电流表的读数减小B.电压表和电流表的读数都增大C.电压表和电流表的读数都减小D.电流表的读数增大,电压表的读数减小
4.在下图所示的U-I图像中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系,直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线,用该电源与电阻R连接成闭合电路,由图像可知( )
A.R的阻值为1.5 ΩB.电源电动势为3 V,内阻为0.5 ΩC.电源的输出功率为3.0 WD.电源内部消耗功率为0.5 W
2 闭合电路的欧姆定律
1.非静电力:在电源内部,要使正电荷向正极移动,就一定要有一种与静电力方向 的力作用于电荷才行.我们把这种力叫作 .2.电源的作用:电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中,非静电力在做功,使电荷的电势能增加.所以,从能量转化的角度看,电源是通过 做功把其他形式的能转化为 的装置.
3.电动势.(1)概念:在物理学中,我们用 所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的特性,叫作电动势.(2)定义式: .(3)单位:伏特(V).(4)物理意义:电动势在数值上等于 把 1 C 的正电荷在电源内从 移送到 所做的功,即电动势是反映电源中非静电力做功本领的物理量.
(5)不同型号的电池如图所示,能否依据电池体积的大小判断电池电动势的大小?为什么?
答案:不能.因为电动势由电源中非静电力的特性决定,对于常用的干电池来说,电动势跟电池的体积无关.
知识点二 闭合电路欧姆定律及其能量分析
1.将一节电压为1.5 V的新电池接在如图所示的电路中,且电路中有一阻值为R的电阻.当开关断开时,用电压表测量出的电压为1.5 V.当开关闭合后,电压表的读数变小.如何解释这种现象?
答案:因为电源内有电阻,当开关闭合后,电源内的电阻分得了一部分电压,所以电压表读数小于1.5 V.
3.在如图所示电路中标出内电路和外电路,并分析外电路中电势的变化规律.
4.闭合电路的能量分析.闭合电路如图所示,设电源电动势为E,电源内阻为r,外电路电阻为R,电路中电流为I,通电时间为t.
(1)电源输出的电能为W= .(2)外电路转化的内能为Q外= .(3)内电路转化的内能为Q内= .(4)根据能量守恒定律,非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式能的总和,即W= .
知识点三 路端电压与负载的关系
路端电压的U-I图像如下图所示,外电路的电阻为R.
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.E=U+Ir适用于任何电路.( )4.在电源一定的闭合电路中,外电路的电阻越大,路端电压越大.( )5.外电路短路时,电路中的电流无穷大.( )
如图所示,电源在电路中的作用是不断地将流到负极的正电荷经过电源内部搬运到正极,从而保持正、负极有稳定的电势差,电路中有持续的电流.
1.在图示电源内部,正电荷在运动过程中静电力对其做什么功?非静电力对正电荷做什么功?能量如何转化?
答案:在电源内部,正电荷所受静电力的方向与正电荷运动的方向相反,故静电力对正电荷做负功;在电源内部,正电荷所受非静电力的方向与正电荷运动的方向相同,故非静电力对正电荷做正功;其他形式的能转化为正电荷的电势能.
2.日常生活中我们经常接触到各种各样的电池,如标有“1.5 V”字样的普通干电池,标有“3.7 V”字样的锂离子电池.如果把1 C的正电荷从一节1.5 V的干电池的负极移到正极,非静电力做多少功?电荷的电势能增加多少?如果把1 C的正电荷从3.7 V的锂电池的负极移到正极呢?哪个电池做功本领大?
答案:把1 C的正电荷从1.5 V的干电池的负极移到正极,非静电力做功1.5 J,电荷的电势能增加1.5 J;把1 C的正电荷从3.7 V的锂电池的负极移到正极,非静电力做功3.7 J,电荷的电势能增加3.7 J.3.7 V的锂电池做功本领大.
3.是不是非静电力做功越多,电源把其他形式的能转化为电势能的本领就越大?如何描述电源把其他形式的能转化为电势能的本领?
1.对非静电力的理解.(1)非静电力:电源内使正、负电荷分离,并使正电荷聚积到电源正极、负电荷聚积到电源负极的非静电性质的作用力,是对除静电力外能对电荷流动起作用的其他力的统称.(2)来源:在化学电池中,非静电力是化学作用,它使化学能转化为电势能;在发电机中,非静电力是电磁作用,它把机械能转化为电势能.
2.电势差与电源电动势的区别.
【典例1】(多选)一组铅蓄电池的电动势为6 V,内阻不为0,下列说法正确的是( )A.电路中每通过1 C的电荷,铅蓄电池能把6 J的化学能转化为电势能B.体积大的铅蓄电池比体积小的铅蓄电池的电动势大C.电路中每通过1 C的电荷,铅蓄电池内部非静电力做功为6 JD.该铅蓄电池把其他形式的能转化为电势能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)的强
解析:由W=Eq可知,电路中每通过1 C的电荷时,铅蓄电池将6 J的化学能转化为电势能,故选项A正确;电源的电动势只与电源的性质有关,与体积无关,故选项B错误;电路中每通过1 C的电荷,铅蓄电池内部非静电力做功为W=Eq=6 J,故选项C正确;电动势反映电源将其他形式的能转化为电势能的本领,故选项D正确.
探究二 闭合电路欧姆定律及其能量分析
下图为闭合电路的组成示意图.
1.若电源电动势为E,闭合开关,电路中的电流为I,在时间t内非静电力做功多少?内、外电路中产生的热量分别为多少?它们之间有怎样的关系?
2.闭合电路的电流I与电动势E、外电路的电阻R和内阻r有什么关系?
答案:非静电力做功W=EIt,内、外电路产生的热量分别为Q内=I2rt,Q外=I2Rt,根据能量守恒定律有 W=Q外+Q内,即EIt=I2Rt+I2rt.
3.图示电路中,电源的输出功率与外电路的电阻R有什么关系?电源的效率与外电路的电阻R有什么关系?
【典例2】如图所示,电源电动势为E,内阻为r.闭合开关,当滑动变阻器的滑片P向B点移动时,电压表V1的读数U1与电压表V2的示数U2的变化情况是( )
A.U1变大,U2变小 B.U1变大,U2变大C.U1变小,U2变小 D.U1变小,U2变大
【典例3】如图所示,E=8 V,r=2 Ω,R1=8 Ω,R2为滑动变阻器.
答案:(1)10 Ω 1.6 W (2)0 5.12 W 80% (3)不能,理由见解析.
电路中最大功率的计算技巧(1)电源最大输出功率的计算.在闭合电路中E和r不变,电源的输出功率P出随R外的变化而变化,且当R外=r,电源的输出功率P出最大.(2)电路中可变电阻最大功率的计算.当电路中有一个电阻变化而其他电阻恒定时,可以把这个电阻看作外电路,把其他的定值电阻当作电源内阻的一部分,当R变=R定+r时,P变有最大值.(3)电路中定值电阻最大功率的计算.定值电阻的阻值不变,根据P=I2R,当电路中电流最大时,其功率最大.
探究三 路端电压与电流、负载的关系
1.在如图所示的电路中,电源的电动势E=10 V,内阻r=1 Ω,试求当外电路的电阻分别是3 Ω、4 Ω、9 Ω时所对应的路端电压.通过计算,你发现了怎样的规律?
2.依据部分电路的欧姆定律和闭合电路的欧姆定律,推导出路端电压和负载电阻的关系,并分析用电压表直接测电源电动势的依据.
3.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,说明图线与纵轴的交点、与横轴交点(纵坐标从0开始)、斜率的绝对值的物理意义.
两类U-I图像的比较.
【典例4】(2021·全国联考卷)图中的直线Ⅰ、Ⅱ分别是电池1和电池2的路端电压随电流变化的图线,直线Ⅲ是某用电器两端电压随电流变化的图线.则( )
A.电池1和电池2的电动势相等B.电池1和电池2的内阻之比为3∶5C.该用电器的电阻为2 ΩD.该用电器分别接在电池1和电池2上时消耗的功率之比为9∶4
探究四 欧姆表的原理及应用
欧姆表是在电流表的基础上改装而成的.为了使测量电阻时电流表指针能够偏转,表内应有电源.下图是一个简单欧姆表的内部电路和刻度盘.
1.为什么欧姆表的零刻度在刻度盘的右端?如何计算欧姆表的内阻?
2.欧姆表刻度盘上的刻度为什么是不均匀的?
3.欧姆表刻度盘的中间刻度值有什么重要意义?
1.欧姆表的内部结构:欧姆表由表头、电源和可变电阻三部分组成.如图所示.
2.原理:依据闭合电路欧姆定律,由电流表改装而成.
【典例5】把一量程为0~6 mA、内阻为100 Ω的电流表改装成欧姆表,电路如图所示.现备有如下器材:A.电源(E=3 V,内阻不计)B.滑动变阻器0~100 ΩC.滑动变阻器0~500 ΩD.红表笔E.黑表笔
(1)滑动变阻器选用 (填字母). (2)红表笔接 端,黑表笔接 端.(均选填“M”或“N”)
(3)把电流表改装成欧姆表后,电流表2 mA刻度处应标为 Ω,电流表3 mA刻度处应标为 Ω；在如图所示的刻度盘上标注对应的电阻值.
(4)若该欧姆表使用一段时间后,电源电动势变小,内阻变大,但此表仍能调零,按正确使用方法接入同样待测电阻Rx,其测量结果与真实值相比将 (选填“偏大”“偏小”或“不变”).
答案:(1)C (2)N M (3)1 000 500 见解析图. (4)偏大
1.将一个电源与一电阻箱连接构成闭合回路,测得电阻箱所消耗的功率P与电阻箱的读数R的关系如图所示.下列说法正确的是( )
A.电源最大输出功率可能大于45 WB.电源的内阻为5 ΩC.电源的电动势为45 VD.电阻箱消耗的功率为最大值时,电源的效率大于50%
2.如图所示,电源电动势为E,电源内阻为r=1 Ω,定值电阻R1=4 Ω,滑动变阻器R2变化范围是0~10 Ω.下列说法正确的是( )
A.当R2=3 Ω时,电源的输出功率最大B.当R2=3 Ω时,R1获得的功率最大C.当R2=0时,电源的效率最大D.当R2=0时,R1获得的功率最大
3.如图所示,电源电动势和内阻都保持不变,当滑动变阻器滑片向上移动时( )
A.电压表的读数增大,电流表的读数减小B.电压表和电流表的读数都增大C.电压表和电流表的读数都减小D.电流表的读数增大,电压表的读数减小
4.在下图所示的U-I图像中,直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系,直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线,用该电源与电阻R连接成闭合电路,由图像可知( )
A.R的阻值为1.5 ΩB.电源电动势为3 V,内阻为0.5 ΩC.电源的输出功率为3.0 WD.电源内部消耗功率为0.5 W
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