12.2.2 路端电压与负载的关系　电阻表的原理 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

第十二章 电能 能量守恒定律 路端电压与负载的关系 电阻表的原理 Physics 通过探究电源两端电压与电流的关系，体会图像法在研究物理问题中的作用 理解路端电压与负载的关系，并能进行相关计算 02 01 重点 重难点 知道电阻表测量电阻的原理，了解电阻表内部结构和刻度特点 03 重点 01 路端电压与负载的关系 外电路两端的电压叫作路端电压。路端电压是用电器（负载）的实际工作电压。随着负载阻值的增大，路端电压大小是否发生变化？ A V 观察与思考 观察与思考 为什么随着负载阻值的增大，路端电压大小会增大？ 当负载阻值R增大时，据可知，电流I减小， 可知，增大。 A V 观察与思考 1.负载：外电路中的用电器 路端电压：外电路的电势降落。 2.公式：根据闭合电路的欧姆定律E=U外+U内，若将U外记为路端电压U，考虑到U内= Ir，则U=E-Ir。 3.对纯电阻电路，路端电压U与外电阻R的关系： 当外电阻R增大时，由I=可知，电流I 减小；由U=E-Ir可知，U 增大； 当外电阻R减小时，电流I 增大，U 减小。 结论：路端电压随着外电阻的增大而增大，随着外电阻的减小而减小。 路端电压与负载的关系 核心知识 1.两个电路中的电池相同，小灯泡的规格也相同，多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗。如何解释这一现象呢？ 答案　当多个灯泡并联时，外电阻R减小，由I=可知，总电流I增大， 由U外=E-Ir可知，路端电压减小，灯泡两端电压减小，所以变暗。 思考与讨论 2.当外电路断开时，路端电压是多少？当电源两端短路时，路端电压是多少？电流会是无穷大吗？ (1)当外电路断开时，R→∞，U内=0，U外=E； (2)当电源两端短路时，R=0，I=(称为短路电流)，U外=0。 (3)一般r很小，所以短路电流很大，但不是无穷大。 E r A A V 1.如图所示，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。求： (1)开关S1闭合、S2断开时的路端电压； 答案　1 V 由闭合电路的欧姆定律可知，路端电压为U1=E-Ir=1.5 V-1×0.5 V=1 V 例题 (2)当开关S1、S2都闭合时，通过电源的电流和路端电压。 答案　1.5 A　0.75 V 当开关S1闭合、S2断开时，由闭合电路的欧姆定律可知E=I(R1+r)，解得R1=1 Ω 当开关S1、S2都闭合时，外电路总电阻为R==0.5 Ω 通过电源的电流为I1== A=1.5 A 路端电压为U2=E-I1r=1.5 V-1.5×0.5 V=0.75 V。 02 电源的U-I图像 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。 答案　由E=U+U内及U内=Ir得 U=E-Ir，U-I图像如图所示 观察与思考 1.公式：U =E-Ir 2.图像：U-I图像是一条倾斜的直线 3.纵轴上的截距：表示电源的电动势E 横轴上的截距：表示电源的短路电流，I短=I0= 4.图像斜率的绝对值：表示电源的内阻，r==|| E I0 断路 短路 U I O 电源的 U-I 图像 核心知识 比较图线1和2，说明电源1和电源2电动势及内阻大小关系。 答案　U-I图线中纵轴截距表示电源电动势，两电源的电动势相等。 U-I图线的斜率的绝对值表示电源的内阻，由题图知内阻r1<r2。 思考与讨论 2.(多选)(2024·佛山市高二期中)如图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 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 √ √ 例题 由闭合电路欧姆定律E=U+Ir得U=E-Ir，可知该电源的U-I图像纵轴截距为电源的电动势，即E=6.0 V，故A正确； 由于横轴对应的路端电压不等于零，故横轴截距0.5 A并不是电源的短路电流。内阻应按斜率的绝对值计算，即r== Ω=2 Ω，故B、C错误； 由闭合电路的欧姆定律可得电流I=0.3 A时，外电阻R=-r=18 Ω，故D正确。 3.(多选)用如图甲所示的电路来测量电池电动势和内电阻，根据测得的数据作出了如图乙所示的U-I图像，由图可知 A.电池电动势的测量值是1.4 V B.电池内阻的测量值是3.5 Ω C.外电路发生短路时的电流为0.4 A D.电压表的示数为1.2 V，电流表的示数为0.2 A √ √ 例题 根据闭合电路欧姆定律有U=E-Ir，由U-I图像中图线斜率的绝对值表示电池的内阻，纵轴的截距表示电池的电动势，则有r=|k|=|| Ω=1 Ω，E=1.4 V，所以A正确，B错误； 外电路发生短路时的电流为I短== A=1.4 A，所以C错误； 电压表的示数为1.2 V时，代入公式可解得电流表的示数为I'== A=0.2 A，所以D正确。 若U-I图像纵轴的取值不是从0开始，纵轴上的截距仍然表示电源的电动势E，图线斜率的绝对值仍然表示电源的内阻，但横轴截距不表示短路电流。 E U0 0 r = 总结提升 03 电阻表的原理 已知电源电动势E=1.5 V，内阻r=0.5 Ω，小量程电流表的满偏电流为Ig=10 mA，电流表内阻Rg=7.5 Ω。 (1)若用导线把A、B直接连起来，此时应把可变电阻R1调为多少才能使电流表恰好满偏？ 答案　由Ig= 可得，R1= -(Rg+r)=142 Ω (2)调到满偏后保持R1的值不变，在AB间接一个多大的电阻R0，才能使电流表指针指向刻度盘中间位置？ 答案　 = ，解得R0=150 Ω (3)保持R1的值不变，如果把任意电阻Rx接在A、B间，电流表读数Ix与Rx的值有什么关系？ 答案　Ix = ，Rx = -150(Ω) (4)通过以上计算，你有何发现？ 答案　Rx与Ix 一一对应，若把电流表的电流刻度都按Rx= -150(Ω)的规律转换成电阻刻度，就可制成一个能直接测量电阻的仪器。 电阻表的测量原理是闭合电路欧姆定律，电阻表内部电路与外部被测电阻Rx一起组成闭合电路。 (1)红、黑表笔短接，如图甲所示，被测电阻Rx=0时，调节调零电阻R1，使电流表指针达到满偏，有I=Ig= =，这一过程叫欧姆调零。满偏电流Ig处可标电阻大小为“0”。 (2)红、黑表笔断开，如图乙所示，被测电阻Rx→∞，有I=0，可以在I=0处标电阻大小为“∞”。 电阻表的原理 核心知识 (3)当Rx为0到∞之间某一数值时，如图丙所示，Ix= =，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。 (4)当Rx=Rg+R1+r时，指针偏转到表盘中间，有I=，此时Rx等于电阻表的内阻RΩ，称为中值电阻。 电阻表的原理 4.电阻表的工作原理图如图所示。 (1)若表头的满偏电流为Ig=500 μA，干电池的电动势为1.5 V，把灵敏电流表的电流刻度值对应的电阻表电阻填在下表中： 电流刻度 0 200 μA 300 μA 500 μA 电阻刻度 ∞ __________ _________ ___ 4.5×103 Ω 2×103 Ω 0 例题 (1)对应电流“0”刻度的电阻刻度为“∞”，对应满偏电流“500 μA”刻度的电阻刻度为“0”，所以欧姆调零时，由闭合电路的欧姆定律有Ig=，解得电阻表总内阻R内=Rg+r+R0==3 000 Ω。 测量电阻Rx时有I=，得Rx=-R内， 当I=200 μA时，Rx=-3 000 Ω=4.5×103 Ω，当I'=300 μA时，Rx'=-3 000 Ω=2×103 Ω。 (2)这只电阻表的总内阻为　　 Ω，表针偏转到满刻度的时，待测电阻为　　　 Ω。  3 000 6 000 (2)由(1)知电阻表总内阻为3 000 Ω，当表针偏转到满刻度的处时，通过电阻表的电流I″== A。 Rx″=-R内=6 000 Ω。 内阻= 学案3 闭合电路欧姆定律 U-I 图像 路端电压U=E-Ir 中值电阻 待测电阻 电阻表的原理 -R内 R内 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $$