無人機上的燈在空中是怎么保持持續(xù)發(fā)光的呢？
觀察與體驗-測量不同型號電池兩端的電壓
干電池是一種把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，如圖4-5-2所示是不同型號的電池，用多用表的電壓擋測量各干電池兩端的電壓，并記錄讀數(shù)。觀察電池兩端的電壓是否相同。
測量結(jié)果表明，不同類型的干電池兩極間的電壓是不同的，說明它們把化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能的本領(lǐng)大小不同，為了表示電源的這種本領(lǐng)的大小，我們需要引入電動勢的概念。
克服電場力的W跟q的比值
E由電源內(nèi)非靜電力的特性決定。
電動勢由電源本身的性質(zhì)決定，干電池的電動勢為1.5 V，鉛蓄電池的電動勢為2 V，大型發(fā)電機的電動勢可達幾十千伏。目前常用的電池有以下幾種：干電池、紐扣電池、鉛蓄電池、鋰電池、太陽能電池等。
移動電源（圖4-5-3）已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ钪械某淦?，它是一種集供電和充電功能于一體的便攜式充電器，可以給手機、平板電腦等數(shù)碼設(shè)備隨時隨地充電，也叫充電寶、旅行充電器等。通常具有大容量、多用途、體積小、壽命長和安全可靠等特點，給人們的生活帶來了便利。目前，移動電源類型繁多，如功能性移動電源、無線充電移動電源、拼接型/分體疊加型移動電源。
用導(dǎo)線把電源、用電器連成一個閉合電路（圖4-5-4），電路中就有電流。電源外部的電路稱為外電路（點畫線框以外部分），外電路上的電阻稱為外電阻，用R表示；電源內(nèi)部的電路稱為內(nèi)電路（點畫線框以內(nèi)部分），通常電源內(nèi)部也存在電阻，稱為內(nèi)電阻，簡稱內(nèi)阻，用Ri表示。
閉合電路歐姆定律(Ohm law f clsed circuit)
I總與E成正比，與(R+r)成反比。
(1)當(dāng)R增大時，U也隨之增大。
(external vltage)
(2)當(dāng)外電路斷開時,R= ,U=
(3)當(dāng)外電路短路時,R= ,U=
0 0
一般情況下不允許外電路短路。
這表明，全電路中的電流與電源的電動勢成正比，與內(nèi)、外電路的電阻之和成反比，這就是全電路歐姆定律。
設(shè)閉合電路中的電流為I，外電阻為R，內(nèi)阻為Ri，由部分電路的歐姆定律可知，U外＝IR，U內(nèi)＝IRi。因此E＝IR＋IRi所以
某電子設(shè)備在正常工作時，電源的電動勢E = 3.0 V，內(nèi)阻Ri = 0.40Ω，外電阻R = 5.60Ω。求該電子設(shè)備工作時電路中的電流大小以及外電路電壓大小。
解 根據(jù)全電路歐姆定律，電路中的電流為
外電路電壓大小為U = E－IRi=（3.0－0.50×0.40）V = 2.8 V
路端電壓與外電阻 外電路兩端的電壓U外，也稱為路端電壓，簡稱端壓。它是電源加在外電阻（也叫用電器或負載）上的實際電壓，也叫輸出電壓。電路中，用電器（負載）兩端的電壓并不等于電源電動勢，路端電壓才是用電器的工作電壓，那么，路端電壓與用電器有什么關(guān)系呢？
【觀察與體驗】探究路端電壓與外電阻的關(guān)系
按照圖4-5-5所示連接電路。改變外電路的電阻R的大小，觀察電路中的電流和端電壓怎樣變化。
圖4-5-5 探究路端電壓與外電阻的關(guān)系電路圖
觀察發(fā)現(xiàn)：當(dāng)外電阻增大時，電路中的電流 ，路端電壓 ；當(dāng)外電阻減小時，電路中的電流 ，路端電壓 （填“增大”或“減小”）。
電路中，電源的電動勢E和內(nèi)阻Ri是固定不變的，當(dāng)外電阻R增大時，電路中的總電阻（R+Ri）增大，根據(jù)全電路歐姆定律可知，電路中的電流I減小，內(nèi)阻上的電壓IRi減小，因此端電壓U（= E-IRi）增大。
圖4-5-6電路的斷路狀態(tài)
當(dāng)外電路斷路時，如圖4-5-6所示，外電阻R變?yōu)闊o限大，電路中的電流I為0，內(nèi)阻上的電壓IRi也為0，路端電壓U就等于電源的電動勢E。因此，我們可把電壓表直接接在電源兩極來測量電源的電動勢。由于電壓表的電阻很大，電路中的電流I會很小，內(nèi)阻上的電壓IRi也很小，所以，電壓表此時測得的路端電壓U非常接近于電源的電動勢E。
當(dāng)外電路短路時，如圖4-5-7所示連接時，外電阻等于零，電路中的電流很大，，路端電壓U等于零。一般情況下，電源的內(nèi)阻都很小，因此短路時電流很大，不但會燒壞電源，還可能引起火災(zāi)。因而平時決不允許將一根導(dǎo)線或電流表直接接在電源兩極上。大功率發(fā)電機的供電電路，由于電動勢很大，短路時的電流會達到很大數(shù)值，可能燒毀發(fā)電機。所以，為防止這類事故，應(yīng)在電路里安裝保護裝置（如熔斷器）。
圖4-5-7電路的短路狀態(tài)
應(yīng)用與拓展-汽車的啟動電路
汽車的車燈是由汽車蓄電池供電的，其供電電路示意圖如圖4-5-8所示。只打開車燈時（S1斷開，S2閉合），車燈正常發(fā)光。當(dāng)汽車啟動時（S1、S2均閉合），啟動電動機的電路接通，此時啟動電動機和車燈并聯(lián)的，電路外阻減小，使得外電路的端電壓減小，車燈的工作功率降低，導(dǎo)致車燈變暗。汽車啟動以后，啟動電動機停止工作，外阻恢復(fù)原大小，路端電壓回升，車燈便恢復(fù)正常亮度。
在無人機燈光秀中，由于無人機攜帶的移動電源能為LED提供電源，因此，無人機可在燈光展中組合出不同的圖案。無人機的功能不斷被開發(fā)，利用它的照明作用，可用于夜間野外事故救援和突發(fā)事件處置等。
冬天，人們喜歡使用電暖手器取暖，并可根據(jù)需要設(shè)定不同的擋位。如圖4-5-9所示為物理課外活動小組自制的電暖手器的電路原理圖。已知擋位電阻分別為：R1=9.0Ω，R2 =6.0Ω。當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S扳到位置1時，測得電流I1 = 0.80 A；當(dāng)S扳到位置2時，測得電流I2 = 0.50 A。求：電源電動勢E和內(nèi)阻Ri各是多少？
解 根據(jù)全電路歐姆定律E＝I1R1 + I1RiE＝I2（R1 + R2）+ I2Ri代入數(shù)據(jù)，得E＝0.80×9.0 + 0.80RiE＝0.50×（9.0+6.0）+ 0.50Ri解方程，得Ri＝1.0Ω，E＝8.0 V說明 這也是實驗室中常用的測量電源電動勢和內(nèi)阻的方法。
每年冬季，家家戶戶都會使用一些取暖設(shè)備，如電暖手器、電暖風(fēng)機、電熱毯。在使用這些設(shè)備時必須要注意安全。要注意購買質(zhì)量可靠的產(chǎn)品，避免使用劣質(zhì)產(chǎn)品。 當(dāng)人員離開，應(yīng)斷開取暖設(shè)備電源開關(guān)，防止長時間使用電器導(dǎo)致過熱引燃周圍物品發(fā)生意外。

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中職物理高教版（2021）電工電子類電子課本

第五節(jié) 全電路歐姆定律及應(yīng)用

版本： 高教版（2021）

年級： 電工電子類

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