第12章 第2节 闭合电路的欧姆定律（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册（人教版2019）

　电能　能量守恒定律 第十二章　 第2节　闭合电路的欧姆定律 课前　教材预案 课堂　深度探究 课末　随堂演练 课后　限时作业 [学习目标]　1.理解电动势的概念.2.了解内、外电路，了解闭 合电路的欧姆定律，知道电动势等于内、外电路电势降落之 和.3.能根据闭合电路的欧姆定律分析路端电压与负载的关系， 会进行相关的电路分析和计算.4.知道欧姆表的测量原理，并能 解决简单问题. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课前　教材预案 知识点一　电动势 1.非静电力：电源把正电荷从负极搬运到正极的力. 2.电源：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的 装置. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （1）定义： ⁠所做的功与所移动的电荷量之比叫 作电动势. （2）公式：E＝ ⁠. （3）单位： ，用“ ”表示. （4）电动势与电源的 ⁠无关，跟外电路的组成及变 化 （选填“有”或“无”）关. 非静电力　 　 伏特　 V　 体积　 无　 3.电动势： 返回目录 物理　必修　第三册 　 知识点二　闭合电路的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）在时间t内，外电路转化的内能为Q外＝ .内电路转 化的内能为Q内＝ ⁠. （3）根据能量守恒定律，非静电力做的功应有W＝Q外＋Q内， 即EIt＝ ，进一步得I＝. EIt　 I2Rt　 I2rt　 I2Rt＋I2rt　 返回目录 物理　必修　第三册 　 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＝ ⁠. （3）另一种表达形式：E＝ .即：电源的电动势等 于内、外电路 之和. 1.路端电压的表达式 U＝ ⁠. 电动势　 内、外电路的电阻之和　 　 U外＋U内　 电势降落　 E－Ir　 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.路端电压随外电阻的变化规律 对于确定的电源，电动势E和内阻r是一定的. （1）当外电阻R增大时，由I＝可知电流I ⁠，路端 电压U＝E－Ir ⁠. （2）当外电阻R减小时，由I＝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 ，U ＝ ，即断路时的路端电压等于 .当电源两 端短路时，外电阻R＝0，此时电流I＝ ⁠. 减小　 增大　 增大　 减小　 0　 E　 电源电动势　 　 返回目录 物理　必修　第三册 　 知识点四　欧姆表的原理 欧姆表测电阻的原理是 ⁠定律，欧姆表内部 电路结构如图所示. 当红、黑表笔接触时，电流表指针指在最大值Ig处. 闭合电路的欧姆　 返回目录 物理　必修　第三册 　 由Ig＝＝，得RΩ＝；当红、黑表笔间接入被测电 阻Rx时，通过表头的电流I＝ 　　＝.改变 被测电阻Rx的阻值，电流I随着改变，每个Rx值都对应一个电 流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值，就可以从刻度 盘上直接读出被测电阻的阻值. 　 返回目录 物理　必修　第三册 　 1.判断下列说法的正误. （1）E＝I（R＋r）适用于外电路为纯电阻的电路. （　√　） （2）外电路短路时，电路中的电流无穷大. （　×　） （3）外电路的电阻越大，路端电压就越大. （　√　） （4）电源两极间的电压总等于电源的电动势. （　×　） √ × √ × 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.一节干电池的电动势E＝1.5 V，内阻r＝1.0 Ω，把阻值R＝2.0 Ω的电阻直接接在该电池的两极，电阻R两端的电压U＝ ⁠V. 1　 返回目录 物理　必修　第三册 　 课堂　深度探究 考点一　电动势 【情境导学】电路中若要有持续的电流，电源正、负极需要始 终存在电势差，即电源要不断地将正电荷由负极搬运到正极. 观察如图分析： 返回目录 物理　必修　第三册 　 （1）正电荷在电源内部受到的静电力向哪个方向？ 答案　（1）正电荷在电源内部受到的静 电力由正极指向负极. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）使正电荷由负极移动到正极的力是不是静电力？ 答案　（2）不是. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【知识拓展】 1.电源 电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装 置. （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. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.电动势 （1）电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的 本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越 多，做功本领越强，则电动势越大. （2）公式E＝是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与 W和q无关，是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源电 动势大小不同. （3）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. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题1】（多选）下列关于电动势的说法正确的是（　　） A.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能 增加 B.对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就 越大 C.电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单 位电荷量做的功越多 D.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送 到正极的电荷量越多 返回目录 物理　必修　第三册 　 思维导引：在电源内部，通过非静电力做功，把正电荷从负 极移到正极，电荷的电势能增加，电动势代表了非静电力做 功的本领，它等于非静电力将单位正电荷从负极移到正极所 做的功. 答案　AC 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　电源是将其他形式的能量转化为电能的装置，是通过电 源内部的非静电力做功来完成的，所以非静电力做功，电能就 增加，选项A正确；电源电动势是反映电源把其他形式的能转 化为电能本领大小的物理量，电动势在数值上等于非静电力移 送单位电荷量的电荷所做的功，不能说电动势越大，非静电力 做功越多，也不能说电动势越大，移送的电荷量越多，选项C 正确，B、D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式1】锌汞电池的电动势为1.2 V，以下说法不正确的是 （　　） A.电路中每经过1 s，电池把1.2 J的化学能转化为电能 B.电路中电流为1 A时，每经过1 s，电池把1.2 J的化学能转化 为电能 C.电路中每通过1 C电荷量，电池将1.2 J的化学能转化成电能 D.锌汞电池将化学能转化成电能的本领比一节干电池的小 答案　A 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　通过E＝知，电路中每通过1 C电荷量，电池将1.2 J的 化学能转化为电能，与时间无关，选项A错误，C正确；电路 中电流为1 A时，每经过1 s，通过电池的电荷量q＝It＝1×1 C ＝1 C，由E＝知电池将1.2 J的化学能转化为电能，选项B正 确；电动势表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小， 一节干电池电动势为1.5 V，锌汞电池的电动势为1.2 V，则锌 汞电池将化学能转化成电能的本领比一节干电池的小，选项D 正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 考点二　闭合电路的欧姆定律及其能量分析 【知识拓展】 1.内、外电路中的电势变化 如图所示，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. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.闭合电路的欧姆定律的几种表达形式 （1）I＝、E＝IR＋Ir只适用于外电路为纯电阻的闭合 电路. （2）U外＝E－Ir，E＝U外＋U内适用于任意的闭合电路，其中 U外表示外电路的电势降落，叫作路端电压. 3.电源的功率：电源的总功率P总＝EI；电源内电阻消耗的功率 P内＝U内I＝I2r；电源的输出功率P出＝U外I. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题2】如图所示的电路中，电源的电动势E＝12 V，内阻未 知，R1＝8 Ω，R2＝1.5 Ω，L为规格“3 V　3 W”的灯泡，开 关S断开时，灯泡恰好正常发光.不考虑温度对灯泡电阻的影响. 试求： （1）灯泡的额定电流和灯丝电阻； 解析　（1）I＝＝＝1 A，RL＝＝＝3Ω. 答案　（1）1 A　3 Ω　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）电源的内阻； 解析　（2）S闭合前，E＝Ir＋IR1＋IRL， 其中E＝12 V，I＝1 A，R1＝8 Ω，RL＝3 Ω 代入解得r＝1 Ω. 答案　（2）1 Ω　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （3）开关S闭合时，灯泡实际消耗的功率. 思维导引：开关断开时R1与L串联接在电源两端，此时E＝I（r ＋R1＋RL）.开关闭合时R2与L并联再与R1串联接在电源两端， 电路中的电流I'＝＋，E＝I'r＋I'R1＋U2.本题中弄清开关闭 合前后电路中电流、电压的关系是解题的关键. 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　（3）开关S闭合后，E＝I'r＋I'R1＋ U2，I'＝＋， 联立各式并代入数据解得U2＝1.2 V， 灯泡实际消耗的功率P'＝＝0.48 W. 答案　（3）0.48 W 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式2】在如图所示的电路中，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： （1）开关K接a时，通过电源的电流和电源两端的电压； 解析　（1）开关K接a时，R1被短路，外电阻 为R2，通过电源的电流I1＝＝ A＝1 A， 电源两端电压U1＝I1R2＝4 V. 答案　（1）1 A　4 V　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）电源的电动势和内电阻； 解析　（2）开关K接a时，有E＝U1＋I1r＝4 V ＋r，开关K接b时， R1和R2串联，R外＝R1＋R2＝6 Ω， 通过电源的电流I2＝＝0.75 A， 有E＝U2＋I2r＝4.5 V＋0.75r， 解得E＝6 V，r＝2 Ω. 答案　（2）6 V　2 Ω　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （3）当开关K接c时，通过R2的电流. 解析　（3）当K接c时，R2与R3并联，并联电 阻为R23＝＝2 Ω， 所以R总＝R1＋r＋R23＝6 Ω， 总电流I3＝＝1 A， 通过R2的电流I'＝I3＝0.5 A. 答案　（3）0.5 A 返回目录 物理　必修　第三册 　 考点三　路端电压与负载的关系 【知识拓展】 1.外电阻的两类变化引起的相应变化 （1）外电阻增大 说明：电源的电动势等于电源没有接入电路时的路端电压. 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）外电阻减小 说明：由于电源内阻很小，所以短路时会形成很大的电流，为 保护电源，绝对不能把电源两极直接相连接. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.闭合电路的电源及电阻的U－I图像 当电阻R接入电动势为E的电源两端时，电源的U－I图像和电 阻的U－I图像如图所示. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题3】如图所示，A为电源的U－I图线，B为电阻R的U－I 图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和效 率分别是（　　） A.4 W　33.3％ B.2 W　33.3％ C.4 W　66.7％ D.2 W　66.7％ 思维引导：对图像问题要做到四看，看横、纵坐标轴上的截 距，看图线的斜率，看图像的交点，在此基础上进行正确的分 析判断. 返回目录 物理　必修　第三册 　 答案　C 解析　由题图可知，E＝3 V，图线A和图线B的交点是电源和 电阻R构成闭合电路的工作点，因此P出＝UI＝4 W，P总 ＝EI ＝6 W，电源的效率η＝×100％＝66.7％，选项C正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式3】（多选）如图所示为某一电源的U－I图线，由图可 知（　　） A.电源电动势为2 V B.电源内电阻为 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 答案　AD 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　在U－I图线中，纵轴截距表示电源电动势，选项A正 确；横轴截距表示短路电流，选项C错误；U－I图线斜率的 绝对值表示电源的内电阻，则r＝ Ω＝0.2 Ω，选项B错 误；当电路路端电压为1 V时，内电阻分得的电压U内＝E－ U外＝2 V－1 V＝1 V，则电路中的电流I＝＝ A＝5 A，选项D正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 考点四　欧姆表的原理 【知识拓展】 1.欧姆表的原理（如图所示） 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.欧姆表表盘的刻度标注 刻度 标注方法 标注位置 “0 Ω” 红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋 钮，使指针满偏，被测电阻Rx＝0 满偏电流 Ig处 “∞” 红、黑表笔不接触，表头指针不偏 转，被测电阻Rx＝∞ 电流为零处 中值 电阻 Rx中＝r＋R＋Rg＝RΩ 刻度盘正中 央 返回目录 物理　必修　第三册 　 刻度 标注方法 标注位置 “Rx” 红、黑表笔接Rx，Ix＝ ，Rx与Ix一一对应 与Rx对应电 流Ix处 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题4】把一量程6 mA、内阻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 Ω； C.滑动变阻器0～500 Ω； D.红表笔； E.黑表笔. （1）滑动变阻器选用 　　　　. 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　（1）两表笔直接接触时，调节滑动变阻器 的阻值使电流达到满偏Ig＝， 解得R0＝400 Ω，故滑动变阻器应选C. 答案　（1）C　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）红表笔接 　　　　端，黑表笔接 　　　　端（选填 “M”或“N”）. 解析　（2）红表笔接内部电源的负极，黑表笔 接内部电源的正极，所以红表笔接N端，黑表 笔接M端. 答案　（2）N　M　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （3）按正确方法测量Rx，指针指在电流表2 mA刻度处，则电 阻值应为 　　　　；若指在电流表3 mA刻度处，则电阻值应 为 　　　　. 解析　（3）电流I＝2 mA时，有I＝， 解得Rx＝1 000 Ω， 电流I'＝3 mA，I'＝， 解得R'x＝500 Ω. 答案　（3）1 000 Ω　500 Ω 返回目录 物理　必修　第三册 　 （4）若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变 大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述电阻Rx，其测 量结果与原结果相比将 　　　　（选填“偏大”“偏小”或 “不变”）. 思维导引：测量电阻的过程中，需要进行调零，由于表内电阻 的存在，测量会有一定的误差，表盘的刻度也不均匀. 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　（4）当电池电动势变小，内阻变大时，欧 姆表重新调零，由于满偏电流Ig不变，由公式Ig＝ ，欧姆表内阻得调小，待测电阻的阻值是通过 电流表的示数体现，由公式I＝＝＝ ，可知当r内变小时，接入同样的被测电阻， 通过的电流变小，欧姆表读数变大. 答案　（4）偏大 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式4】在如图所示的欧姆表示意图中，电流表的满偏电 流Ig＝200 μA，内阻Rg＝100 Ω，R0＝0.9 kΩ，电源电动势 E＝1.5 V，电源内阻不计，欧姆表的调零电阻的阻值R应是 多大？当测量某电阻R1时，指针恰好在中间位置，则被测 电阻R1是多大？当测量电阻R2时，指针恰好指在处，那么 电阻R2为多大？ 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　对欧姆表调零时，指针指在0处，此位置为满偏电流的 位置，那么欧姆表的内阻 R内＝＝＝7.5 kΩ， 则调零电阻R＝R内－Rg－R0＝6.5 kΩ， 测量电阻R1时，E＝（R内＋R1）， 解得R1＝7.5 kΩ， 测量电阻R2时，E＝（R内＋R2）， 解得R2＝15 kΩ. 答案　6.5 kΩ　7.5 kΩ　15 kΩ 返回目录 物理　必修　第三册 　 课末　随堂演练 1.（路端电压与负载的关系）一太阳能电池板开路电压为80 mV，短路电流为40 mA.若将该电池板与一阻值为2.0 Ω的电阻 连成一闭合电路，则它的路端电压是（　　） A.0.010 V B.0.020 V C.0.030 V D.0.040 V 答案　D 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　电源没有接入外电路时，路端电压等于电动势，则电池 板的电动势E＝80 mV＝0.08 V，由闭合电路的欧姆定律得电池 板的内阻r＝＝ Ω＝2.0 Ω，该电池板与2.0 Ω的电阻连成 闭合电路时，电路中电流I＝＝ A＝0.02 A，故路端电 压U＝IR＝0.02×2.0 V＝0.040 V，选项D正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.（电源的U－I图像）（多选）如图所示为闭合电路中两个不 同电源的U－I图像，则下列说法正确的是（　　） A.电动势E1＝E2，短路电流I1＞I2 B.电动势E1＝E2，内阻r1＞r2 C.电动势E1＞E2，内阻r1＞r2 D.当工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变 化较大 答案　AD 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　由闭合电路的欧姆定律知E＝U＋Ir，当I＝0时U＝E， 即U－I图线和U轴的交点就是电源电动势，两电源的电动势相 等；当U＝0时I＝，由题图知，U－I图线和I轴的交点就是短 路电流，则I1＞I2，选项A正确；而r＝，即图线的斜率的绝 对值表示电源的内阻，由题图知r1＜r2，选项B、C错误；当工 作电流变化量相同时，因为r1＜r2，则电源2的路端电压变化较 大，选项D正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.（闭合电路的欧姆定律）如图所示，E为内阻不能忽略的电 池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，V与A分别为电压 表与电流表.初始时S0与S均闭合，现将S断开，则（　　） A.V的读数变大，A的读数变小 B.V的读数变大，A的读数变大 C.V的读数变小，A的读数变小 D.V的读数变小，A的读数变大 答案　B 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　电路的动析过程为 选项B正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 4.（闭合电路的欧姆定律）如图所示的电路中，当开关S接a 点时，标有“4V　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： （1）电阻R的阻值； 解析　（1）当开关S接b点时，由欧姆定律得， 电阻R的阻值为R＝＝ Ω＝5 Ω. 答案　（1）5 Ω　 返回目录 物理　必修　第三册 　 （2）电源的电动势和内阻. 解析　（2）当开关S接a时，U1＝4 V， I1＝＝ A＝2 A， 根据闭合电路的欧姆定律得 E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r， 联立解得E＝6 V，r＝1 Ω. 答案　（2）6 V　1 Ω 返回目录 物理　必修　第三册 　 $$