高中物理 电动势、闭合电路欧姆定律

电动势、闭合电路欧姆定律

一、内容概述： 1、电源：

把其他形式的能转化为电能的装置。

2、电源的电动势 （1）物理意义：

反映不同电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量。

（2）大小：

电源电动势的大小是由电源本身决定的，与外电路无关，通常我们认为电源的电动势是个定值，不随外电路的变化而变化。

1）电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。

2）在闭合电路中，电源的电动势等于内、外电路上的电压之和，即

3）电动势是个标量，为了应用上方便起见，也规定了方向，由负极通过电源内部到达正极的方向就是电源电动势的方向，即在电源内部电势升高的方向。

3、闭合电路欧姆定律 （1）内容：

闭合电路里的电流，跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比。

（2）公式：

。

4、路端电压与外电阻的关系

（1）当外电阻R增大时，根据减小，根据U=ε-Ir可知路端电压U增大。

可知，电流I减小（ε和r为定值），内电压Ir

特例：当外电路断开时，R=∞，I=0，Ir=0，U=ε。

（2）当外电阻R减小时，根据可知，电流I增大，内电压Ir增大，根据U=ε-Ir

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可知路端电压U减小。

特例：当外电阻R=0（短路）时，

二、重难点问题： 1、电动势与电压的区别：

，内电压Ir=ε，路端电压U=0。

电动势是对电源而言的，它描述移送单位电量时非静电力做功的多少，即移送1库电量时其他形式的能转化为电能的多少。

电压是对某一段电路而言的，它描述在这段电路中移送单位电量时电场力做功的多少，即移送1C电量时电能转化为其他形式能的多少。

两者是截然不同的物理量，万勿混淆，顺便指出，从能量转化观点来说，电势差、电压、电压降、电压损失等，都表示电场力移送单位电量时电能转化为其他形式能的多少，只不过是几种形式不同的说法而已，习惯上在静电学中常用“电势差”的说法；在电路问题中常用“电压”的说法；在串联分压电路中，常把分压电阻上的电压叫做“电压降”；在远距离输电问题中，输电导线上的电压是没有利用价值的，常叫做“电压损失”。

2、在理解和应用全电路欧姆定律时，应注意以下几点：

（1）从能量转化观点看，闭合电路中同时进行着两种形式的能量转化：一种是把其他形式的能转化为电能，另一种是把电能转化为其他形式的能。设一个正电荷q，从正极出发，经外电路和内电路回转一周，则在内、外电路上能量的转化情况如下：

在外电路中，正电荷q是在电场力作用下克服外电阻的阻碍，从正极移向负极的，在此过程中电场力推动电荷做了功。设外电路的路端电压为U，那么正电荷由正极经外电路移送到负极的过程中，电场力所做的功为W外=qU，于是必有量值为qU的电能转化为其他形式的能量（如化学能、机械能等）。

在内电路中，若电源电动势为ε，在电源内部依靠非静电力把电量为q的正电荷从负极移送到正极的过程中，非静电力做的功为W非=qε，于是有量值为qε的其他形式的能（化学能、机械能等）转化为电能，同时，由于电源内部有内电阻，电流通过内电路时，在内电阻上有内电压U'，正电荷q通过内电路由负极附近移到正极附近的过程中，仍需依靠电场力的作用克服内电阻的阻碍而做功，使电荷q的一部分电势能转化为内能。

由于电荷q从正极出发，经过外电路和内电路回转一周，回到正极时，电势能不变，因此，根据能量转化和守恒定律，在闭合电路中，由于电场力移送电荷做功，使电能转化为其他形式的能（qU+qU'），应等于在内电路上由于非静电力移送电荷做功，使其他形式的能转化成的电势能（qε），因而qε=qU+qU'，即ε=U+U'。

若外电路为纯电阻R，内电路的电阻为r，闭合电路中的电流强度为I，则U=IR，U'=Ir，代

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入上式即得闭合电路欧姆定律的表达式为

。

可见闭合电路欧姆定律是能的转化和守恒定律的必然结果。

（2）在一段部分电路中形成电流的条件是电路两端存在电压，部分电路欧姆定律揭示了某部分电路中的电流强度跟这部分电路的电压和电阻的关系。在闭合电路中形成电流的条件是电路中有电源，闭合电路欧姆定律揭示了闭合电路中的电流强度跟电源电动势和电路总电阻的关系。闭合电路欧姆定律的适用条件跟部分电路欧姆定律一样，都是只适用于金属导电和电解液导电。

（3）在解答闭合电路问题时，部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律经常交替使用。这就要求我们认清研究对象是全电路还是某一段电路，是这一段电路还是另一段电路，以便选用对应的欧姆定律，并且要注意每一组物理量（I，U，或I，ε，R，r）的对应关系是对同一研究对象的，不可“张冠李戴”。

三、典型例题：

例1、如图为测量内、外电路电压的实验装置。图中电压表V和V'测量的分别是什么电压？若电压表V的示数为0.9V，电压表V'的示数为0.2V，则电源的电动势是多少？若移动变阻器的滑键，当电压表V的示数减小时，电压表V'的示数如何变化？

分析与解答：

电压表V测量的是外电路上的电压（也叫路端电压），电压表V'测量的是内电路上的电压，该电源的电动势为ε=U+U'=0.9+0.2=1.1（V）。

根据U'=ε-U可知，当外电压U减小时，内电压U'增大。

例2、在如图所示电路中，R1=0.8Ω，R3=6Ω，滑动变阻器的全值电阻R2=12Ω，电源电动势ε=6V，内阻r=0.2Ω，当滑动变阻器的滑键在变阻器中央位置时，闭合电键S，电路中的电流表和电压表的读数各是多少？

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分析与解答：

由图可以看出，R2与R3并联后，与R1串联，组成外电路，外电路的总电阻为：

。

根据全电路欧姆定律，电路中的总电流强度为

即电流表A1的读数为1.5A。

再研究R2与R3组成的并联电路，根据部分电路欧姆定律，并联部分的电压为

。

=1.5×3=4.5（V）。

即电压表V2的读数为4.5V。

再研究含有R2的支路，根据部分电路欧姆定律，通过R2的电流强度为

。

即电流表A2的读数为0.75A。

电压表V1测量电源的路端电压，根据ε=U外+U内得U1=ε-Ir=6-1.5×0.2=5.7（V）。

即电压表V1的读数为5.7V。

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