专题提升 闭合电路欧姆定律的应用 课件-2025-2026学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

该高中物理课件聚焦闭合电路欧姆定律的应用，涵盖动态电路分析、功率关系、含容电路及故障分析等核心知识点。通过电子秤原理等实例导入，以“局部→整体→部分”的程序判断法等为支架，衔接欧姆定律基础与综合应用。 其亮点在于以科学思维为核心，采用“三法”分析动态电路、表格对比功率关系、步骤化解析含容电路，如例1用程序判断法分析滑片移动对电流电压的影响。帮助学生提升科学推理能力，教师可直接用于专题教学，提高课堂效率。

第十二章　电能　能量守恒定律 专题提升　闭合电路欧姆定律的应用 学 习 目 标 1.会应用闭合电路的欧姆定律分析闭合电路的动态变化问题。(科学思维) 2.会分析闭合电路的功率关系。(科学思维) 3.会分析含有电容器的电路问题。(科学思维) 4.理解电阻表的原理。(物理观念) 重难探究·能力素养全提升 探究点一　动态电路分析 知识归纳 电路动态分析问题常用的“三法” (1)程序判断法:遵循“局部→整体→部分”的思路,按以下步骤分析: (2)“串反并同”结论法(应用条件:电源内阻不为零) ①所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小,反之则增大。 ②所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小。 即: ←R↑→ (3)极限法:因滑动变阻器的滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。 典例剖析 【例1】某同学在研究性学习中自制的电子秤原理示意图如图所示。托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计。滑动变阻器的滑片与弹簧上端连接。不称重物时,滑片P在R0的最上端;称重物时,在压力作用下滑片P下滑。操作人员可通过电阻很大的灯泡的亮度判断有没有开始称重,电流表的示数可以反映物体的质量,下列说法正确的是(　　) A.称的物体越重,灯泡越暗 B.称的物体越重,电流表示数越大 C.不称重物时,灯泡会很亮 D.不称重物时,电流表示数较大 D 解析:当物体越重时,弹簧的压缩量越大,P越向下,滑动变阻器接入电路的电阻值越大,则总电阻越大,总电流I越小,灯泡两端的电压U=E-Ir-IR1越大,通过灯泡的电流I灯=越大,P灯=·R灯,灯泡越亮,A、B错误;不称重物时,R0、灯泡被短路,电路总电阻最小,电流表示数I=较大,D正确,C错误。 对点演练 1.如图所示,a、b、c三盏灯都能发光,且在电路变化时,灯不会烧坏。当滑动变阻器的滑片向下移动时,下列说法正确的是(　　) A.外电路的总电阻变小 B.总电流变小 C.a灯变暗 D.c灯变亮 A 解析:分析电路可知,当滑动变阻器的滑片向下移动时,并联部分电阻变小,外电路总电阻变小,A正确;根据闭合电路欧姆定律可知,电路中总电流增大,B错误;a灯在干路,干路电流增大,a灯一定变亮,C错误;由U=E-Ir可知,电源的输出电压减小,而a灯两端的电压增大,故并联部分电压减小,c灯一定变暗,D错误。 探究点二　闭合电路中的功率关系 知识归纳 1.电源的功率和效率 项目 通用表达式 纯电阻电路表达式 总功率 P总=EI P总==I2(R+r) 内部 功率 P内=U内I= I2r P内= 输出 功率 P出=U外I= EI-I2r P出==I2R= 效率 η=×100%= ×100% η=×100% 2.纯电阻电路中电源的最大输出功率 由P出=可得,电源的输出功率随外电阻的变化关系如图所示。 (1)当R=r时,Pmax=。 (2)当R<r时,R↑→P出↑。 (3)当R>r时,R↑→P出↓。 (4)一个P出(最大功率除外)对应于两个不同的外电阻R1和R2,且r=。 3.纯电阻电路中电源的效率 由η=×100%=×100%,可知,外电阻R越大,电源的效率越高。 当R=r(电源有最大输出功率)时,效率仅为50%。 典例剖析 【例2】 (2025浙江绍兴期末)如图所示的电路中,电压表 和电流表均为理想电表,滑动变阻器R1的最大阻值为40 Ω, 定值电阻的阻值R2=20 Ω,电源的电动势E=6.0 V,内阻不计。 现在闭合开关S,改变滑动变阻器的阻值。 (1)当滑动变阻器R1位于最大阻值时,求电压表和电流表的示数。 (2)当滑动变阻器R1阻值为多大时,定值电阻R2消耗的功率最大?求出最大功率。 (3)当滑动变阻器R1阻值为多大时,滑动变阻器R1消耗的功率最大?求出最大功率。 答案: (1)4.0 V　0.1 A 答案: 0　1.8 W 答案: 20 Ω　0.45 W 解析:(1)设电压表的示数为U,电流表的示数为I,则有U=E,I= 得U=4.0 V,I=0.1 A。 解析:(2)当滑动变阻器R1=0时,定值电阻R2消耗的功率最大且为P1= 得P1=1.8 W。 解析:(3)滑动变阻器R1消耗的功率 P2=R1= 可知当R1=R2=20 Ω时,滑动变阻器R1消耗的功率最大,为P2=0.45 W。 方法技巧　功率最大值的求解方法 1.对定值电阻来说,其电流最大时功率也最大。 2.电源的输出功率在外电阻等于内阻时最大,若不能相等,外电阻越接近内阻,电源的输出功率越大。   3.如图,求解滑动变阻器R2消耗的最大功率时,可把定值电阻R1等效为电源内阻的一部分,则R2=R1+r时,R2上消耗的功率最大。 对点演练 2.在如图所示的电路中,电源电动势E=12 V,内阻r=4 Ω,定值电阻R0=2 Ω,可变电阻Rx的最大阻值为10 Ω,开关S闭合,下列判断正确的是(　　) A.当Rx=2 Ω时,定值电阻的功率最大 B.当Rx=6 Ω时,可变电阻的功率最大 C.当Rx=0时,电源的输出功率最大 D.当Rx=0时,电源的效率最高 B 解析:可变电阻的阻值Rx=0时,电路中电流最大,根据P=I2R0可知定值电阻R0消耗的功率最大,A错误;电源的输出功率P出=I2R外=,当r=R外=Rx+R0,即Rx=r-R0=2 Ω时,电源的输出功率最大,C错误;由闭合电路欧姆定律结合功率公式,根据等效内阻法,当Rx=R0+r=6 Ω时,可变电阻消耗的功率最大,B正确;电源的效率η=×100%=×100%=×100%=×100%,外电阻越大,电源效率越高,则当Rx=10 Ω时,电源的效率最高,D错误。 探究点三　含容电路的分析与计算 知识归纳 1.电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,此支路相当于断路,因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。 2.电路的电流、电压变化时,将会引起电容器的充(放)电。如果电容器两端电压升高,电容器将充电;如果电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电。 3.根据公式Q=CU或ΔQ=CΔU,求电荷量及其变化量。 典例剖析 【例3】 如图所示,电源电动势E=10 V,内阻可忽略,R1=4 Ω,R2=6 Ω,C=30 μF。 (1)求S闭合后,电路稳定时通过R1的电流。 (2)S原来闭合,现将其断开至电路稳定,求这个过程中流过R1的总电荷量。 答案:1 A 答案:1.2×10-4 C 解析:(1)S闭合后,电路稳定时,R1、R2串联,I==1 A。 解析:(2)S闭合时,电容器两端电压UC=U2=I·R2=6 V,储存的电荷量Q=C·UC。S断开至达到稳定后电路中电流为零,此时UC'=E,储存的电荷量Q'=C·UC'。很显然电容器上的电荷量增加了ΔQ=Q'-Q=CUC'-CUC=1.2×10-4 C。电容器上电荷量的增加是在S断开以后才产生的,这只有通过R1这条电路实现,所以流过R1的电荷量就是电容器增加的电荷量。 教你析题 读取题干 获取信息 电源E=10 V,内阻可忽略 外电压始终等于10 V 当S闭合后,电路稳定时 R1、R2串联,电容器C所在支路无电流通过 S原来闭合,现将其断开至电路稳定 S闭合时,电容器两端电压UC=U2,S断开至达到稳定时电容器两端电压UC'=E,电容器上电荷量的增加即为流过R1的电荷量 教你破题 方法技巧　分析电容器电荷量变化的方法 1.确定电路的连接关系及电容器和哪部分电路并联。 2.根据欧姆定律求并联部分的电压即为电容器两极板间的电压。 3.最后根据公式Q=CU或ΔQ=CΔU求电荷量及其变化量。 对点演练 3.如图所示,电源电动势E=6 V,内阻不计,电阻R1=2 Ω,R2=4 Ω,R3=6 Ω,电容器电容C=4 μF,S0一直闭合。下列说法正确的是(　　) A.S断开时电容器的电压为2 V B.S断开时电容器a极板带负电 C.S闭合,电路稳定后,电容器b极板带负电 D.S闭合,电路稳定后,电容器所带电荷量为8×10-6 C D 解析:S断开时,C相当于断路,R3中无电流,C两端电压等于R2两端电压,电容器a极板的电势比b极板的电势高,所以电容器a极板带正电,电容器的电压U2==4 V,故A、B错误;S闭合,电路稳定后,R1和R2先串联再与R3并联,电容器b极板的电势比a极板电势高,b极板带正电,电容器两端电压即R1两端电压,为U1=2 V,电容器所带电荷量为Q=CU1=8×10-6 C,故C错误,D正确。 探究点四　直流电路的故障分析 知识归纳 1.常见故障:断路、短路 2.常用方法:假设法 假设某电阻发生断路(或短路),根据闭合电路动态分析方法判断实际现象与题中情境是否相符,进而找出电路故障。 典例剖析 【例4】如图所示的电路中,闭合开关S后,灯L1和L2都正常发光,后来由于某种故障使灯L2突然变亮,理想电压表示数增大,由此推断,这故障可能是(　　) A.灯L1灯丝烧断 B.电阻R2断路 C.电阻R2短路 D.电容器被击穿短路 B 解析:若灯L1灯丝烧断,即L1断路,总电阻增大,总电流减小,故L2分压减小,L2变暗,A错误;若电阻R2断路,导致总电阻增大,总电流减小,L1两端电压减小,而路端电压增大,则电压表示数增大,L2两端电压增大,L2变亮,B正确;若R2短路,L2熄灭,C错误;若电容器被击穿短路,外电路总电阻减小,总电流增大,路端电压减小,电压表示数减小,L2变亮,D错误。 学以致用·随堂检测全达标 1.(电路的动态变化问题)如图所示的电路,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在滑动变阻器R0的滑片向下滑动的过程中(　　) A.电压表与电流表的示数都减小 B.电压表与电流表的示数都增大 C.电压表的示数增大,电流表的示数减小 D.电压表的示数减小,电流表的示数增大 A 解析:由滑动变阻器R0的滑片向下滑动可知R0连入电路的有效电阻减小,则 R总 减小,由I=可知I增大,由U内=Ir可知U内增大,由E=U内+U外可知U外减小,故电压表示数减小。由U1=IR1可知U1增大,由U外=U1+U2可知U2减小,由I2=可知电流表示数减小,A正确。 2.(电源的功率、效率)两节电池1和2的电动势E1>E2,它们分别向同一电阻R供电,电阻R消耗的电功率相同。比较供电时电池1和2内部消耗的电功率P1和P2及电池的效率η1和η2的大小,则有(　　) A.P1>P2,η1>η2 B.P1>P2,η1<η2 C.P1<P2,η1>η2 D.P1<P2,η1<η2 B 解析:因为PR相等,故电流I相等,又I=,E1>E2,故r1>r2,所以P1>P2,而η=,所以η与E成反比,故η1<η2,B正确。 3.(直流电路的故障分析)某物理小组同学研究串联电路中电流、电压特点的实物连接图如图所示,当开关闭合时,灯L1亮,灯L2不亮,电流表和电压表均有示数,则故障原因可能是(　　) A.L1断路 B.L1短路 C.L2断路 D.L2短路 解析:电流表有示数,说明电路故障不可能是断路,故A、C错误;电压表有示数,说明电压表所测部分没有短路,综合判断,是L2短路,故B错误,D正确。 D 4.(含电容器电路的分析)如图所示,M、N是平行板电容器的两个极板,R0为定值电阻,R1、R2为可调电阻,用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部。闭合开关S,小球静止时受到悬线的拉力为F。调节R1、R2,下列关于F的大小判断正确的是(　　) A.保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变大 B.保持R1不变,缓慢增大R2时,F将变小 C.保持R2不变,缓慢增大R1时,F将变大 D.保持R2不变,缓慢增大R1时,F将变小 B 解析:当电路接通后,对小球受力分析,小球受重力、静电力和悬线的拉力F三个力的作用,其中重力为恒力。当电路稳定后,R1中没有电流,两端等电势,因此电容器两极板电压等于R0两端电压。当R2不变,R1变化时,电容器两极板电压不变,板间电场强度不变,小球所受静电力不变,F不变,C、D错误。若保持R1不变,缓慢增大R2,R0两端电压减小,电容器两端电压减小,板间电场强度减小,小球受到的静电力减小,F变小,A错误,B正确。 $