12.2 闭合电路的欧姆定律 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理课件聚焦闭合电路的欧姆定律，涵盖电动势、内电路与外电路能量转化、路端电压与负载关系等核心知识点。通过“手电筒电池用久灯泡变暗”“用电高峰灯光较暗”等生活实例导入，衔接静电场与电路基础，为复杂电路分析搭建学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过电动势串联证明、U-I图像分析内阻等理论推导，结合“电解槽与电炉并联”等例题培养科学探究能力，融入电源短路危害教育渗透科学态度与责任。学生能提升问题分析能力，教师可依托结构化资源实施探究式教学。

第十二章　电能　能量守恒定律 2. 闭合电路的欧姆定律 学 习 目 标 1.知道电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置,知道电动势的定义式。(物理观念) 2.经历闭合电路的欧姆定律的理论推导过程,理解内、外电路的能量转化,体会能量转化和守恒定律在电路中的具体应用。(科学探究) 3.理解闭合电路的欧姆定律,通过探究电源两端的电压与电流的关系体会图像法在研究物理问题中的作用。(科学思维) 4.能根据闭合电路的欧姆定律解释路端电压与负载的关系。知道电阻表测量电阻的原理。(物理观念) 5.了解电源短路可能会带来的危害,加强安全用电意识。(科学态度与责任) 基础落实·必备知识全过关 一、电动势 1.非静电力 (1)非静电力:在电源内要使正电荷向正极移动,就一定要有一种与静电力方向相反的力作用于电荷。这种力叫作非静电力。 (2)来源:在化学电池中,非静电力是　　　作用,它使化学能转化为电势能;在发电机中,非静电力是　　　　作用,它把机械能转化为电势能。  2.电源 通过非静电力做功把　　　　　的能转化为电势能的装置。 化学 电磁 其他形式 3.电动势 (1)定义:非静电力所做的　　　与所移动的　　　　　之比叫作电动势。  (2)公式:E=　　　　　。  (3)单位:伏特(V)。 (4)大小:电动势在数值上等于非静电力把　　　　　　的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。  (5)决定因素:电动势由电源中非静电力的特性决定,跟外电路无关。对于常用的干电池来说,电动势跟电池的　　　　无关。 由电源本身性质决定 【要点提示】 电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领大小。 功 电荷量 1C 体积 二、闭合电路欧姆定律及其能量分析 1.在外电路中,沿电流方向电势　　　　。  2.内阻:通常在电源内部也存在电阻,内电路中的电阻叫内电阻,简称内阻。 3.闭合电路欧姆定律 (1)内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成　　　　　,跟内、外电路的电阻之和成　　　　。  (2)表达式:I=　　　　　　。  4.内电压、路端电压与电动势的关系 内电路的电势降落称为U内,外电路总的电势降落称为U外。关系为E=　　　　　。 闭合电路欧姆定律的另一表述 降低 正比 反比 U外+U内 5.路端电压与负载的关系 (1)路端电压与电流的关系 电流增大,路端电压　　　　　　。关系式为U=　　　　　。 (2)路端电压与外电阻的关系 ①在纯电阻电路中,外电路的电阻越大,路端电压越大。表达式为U=E-;②当外电路断开时,U=　　　　　;③当外电路短路时,U=0,短路电流I=　　　　　。  【要点提示】 闭合电路欧姆定律的三种表述分别为I=,E=U外+U内,U外=E-Ir。 闭合电路欧姆定律的又一表述  减小 E-Ir E 情境链接 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。 观察下图分析: (1)正电荷在电源内部受到的静电力向哪个方向? (2)使正电荷由负极移动到正极的力是不是静电力? 提示:正电荷在电源内部受到的静电力由正极指向负极。 提示:不是。 教材拓展 阅读教材第84页关于电动势的概念,证明:若电源1、2的电动势分别为E1、E2,将其串联起来当作一个“新电源”,如图所示,则新电源的电动势为E= E1+E2。 提示:设正电荷量q从电源1的负极被搬到正极,则E1=,同样的电荷量q也被电源2从负极搬到正极,有E2=,对新电源,有E==E1+E2。 易错辨析 (1)电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。 (　　) (2)把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势也将变化。 (　　) (3)外电路断路时,电源两端的电压就是电源电动势。 (　　) 提示:电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置。 提示:电动势是电源本身的性质,与接入的外电路无关。 提示:外电路断路时,电源两端的电压在数值上等于电源电动势。 × × × (4)电源的内阻越大,闭合电路的电流就越小。 (　　) (5)电源发生短路时,电流为无穷大。 (　　) (6)E=U+Ir适用于任何电路。 (　　) 提示:据I=,只有内阻越大,电流不一定就小。 提示:短路时I=,r≠0,电流不是无穷大。 × √ × 重难探究·能力素养全提升 探究点一　电动势 导学探究 日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如图所示的干电池、手机电池,它们有的标有“1.5 V”字样,有的标有“3.7 V”字样。 (1)如果把5 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极,电荷的电势能增加了多少?非静电力做了多少功?如果把2 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢? (2)是不是非静电力做功越多电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大?如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领? 提示:5 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极,电势能增加了7.5 J,非静电力做功7.5 J;2 C的正电荷从3.7 V手机电池的负极移到正极,电势能增加了7.4 J,非静电力做功7.4 J。 提示:不是,非静电力对电荷做功多少与电荷的数量有关。若把相同数量的正电荷从电源的负极移到正极,做功越多,电荷获得的电势能越多,表明电源把其他形式的能转化为电能的本领越大。可以用非静电力做的功与电荷量的比值来描述电源把其他形式的能转化为电能的本领。 知识归纳 静电力与非静电力做功的比较 (1)非静电力只存在于电源内部,因此非静电力只在电源内部对电荷做功。通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能。 (2)静电力存在于整个闭合电路上,所以在电路中任何部位静电力都要做功。静电力做功将电能转化为其他形式的能。 典例剖析 【例1】(多选)下列关于电源电动势的说法正确的是(　　) A.电路中每通过2 C的电荷,电源提供的电能是4 J,那么电源的电动势是0.5 V B.电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量 C.无论内电压和外电压如何变化,其电源的电动势一定不变 D.电动势与电势差的单位相同,故本质相同 BC　 解析:电路中每通过2 C的电荷,电源提供的电能是4 J,由公式W非=qE知,E= V=2 V,A错误;电源电动势是电源本身的特性,与外电路无关,电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量,B、C正确;电动势与电势差的单位虽相同,但电动势反映了非静电力做功的本领大小,电势差反映了静电力做功的本领大小,D错误。 比较 项 电动势E 电势差U 实质 非静电力做功,其他形式的能转化为电能 静电力做功,电能与其他形式的能相互转化 公式 E=,W为非静电力做的功 U=,W为静电力做的功 联系 两者单位相同,均为伏特(V) 电动势等于电源未接入电路时两极间的电势差 方法技巧　电动势与电势差的区别与联系 对点演练 1.有一铅蓄电池,在其内部将2×10-5 C的电子从正极移到负极需要3×10-2 s的时间,此过程中非静电力做功为4×10-5 J,则该铅蓄电池的电动势是多少?给一小灯泡供电,供电电流是0.2 A,供电10 min,非静电力做功是多少? 答案:2 V　240 J 解析:电动势E= V=2 V 非静电力做的功W=Eq=EIt=2×0.2×60×10 J=240 J。 探究点二　闭合电路欧姆定律及其能量分析 导学探究 手电筒中的电池用久了,虽然电动势没减少多少,但小灯泡却不怎么亮了。请思考小灯泡不怎么亮了的原因。 提示:电池用久了,内阻变大,根据闭合电路的欧姆定律知总电流变小,因此小灯泡不怎么亮了。 知识归纳 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。 2.闭合电路欧姆定律的不同表达形式 表达式 物理意义 适用条件 I= 电流与电源电动势成正比 纯电阻电路 ①E=I(R+r) ②E=U外+Ir ③E=U外+U内 电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和 ①式适用于纯电阻电路 ②③式普遍适用 ④EIt=I2Rt+I2rt ⑤W=W外+W内 电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和 ④式适用于纯电阻电路 ⑤式普遍适用 典例剖析 【例2】如图所示,电解槽A和电炉B并联后接到电源上, 电源内阻r=1 Ω,电炉B电阻R=9 Ω,电解槽电阻r'=0.5 Ω。 当S1闭合、S2断开时,电炉消耗功率为P1=324 W,S1、S2都 闭合时,电炉消耗功率为P2=225 W(电炉电阻可看作不变), 试求: (1)电源的电动势E; (2)S1、S2闭合时,流过电解槽的电流大小; (3)S1、S2闭合时,电解槽中电能转化成化学能的功率。 答案:60 V　 答案: 10 A 答案: 400 W 解析:(1)S1闭合、S2断开时,电炉消耗功率为P1,流过电炉的电流I==6 A 电源电动势E=I(R+r)解得E=60 V。 解析:(2)S1、S2都闭合时,电炉消耗功率为P2,流过电炉的电流为IR==5A 路端电压为U=IRR=5×9 V=45 V 流过电源的电流为I'==15 A 流过电解槽的电流为IA=I'-IR解得IA=10 A。 解析:(3)电解槽消耗的电功率PA=IAU=10×45 W=450 W 电解槽内热损耗功率P热=r'=102×0.5 W=50 W 电解槽中电能转化成化学能的功率为P化=PA-P热=400 W。 教你析题 读取题干 获取信息 当S1闭合、S2断开时,电炉消耗功率为P1=324 W 只有电炉B接入电路,流过电炉的电流为I=,电炉B为纯电阻元件,满足闭合电路欧姆定律,电动势E=I(R+r) S1、S2都闭合时,电炉消耗功率为P2=225 W A、B并联,A为非纯电阻元件,流过A的电流不能用欧姆定律计算,流过B中电流为IR= 教你破题 方法技巧　解决闭合电路问题的一般步骤 1.分析电路特点:认清各元件之间的串、并联关系,特别要注意电压表测量哪一部分的电压,电流表测量哪个用电器的电流。 2.应用闭合电路的欧姆定律求干路中的电流。 3.根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流。 对点演练 2.(2025广东清远高二期末)如图所示,R3=0.5 Ω,S断开时, 两电表读数分别为0.8 A和4.8 V,S闭合时,它们的读数分别 变为1.4 A和4.2 V。两电表均视为理想电表,求: (1)R1、R2的阻值; (2)电源的电动势E和内阻r。 答案:6 Ω　6 Ω 答案: 5.6 V　0.5 Ω 解析:(1)当S断开时R1==6 Ω 当S闭合时R并==3 Ω 根据并联电阻的特点得R并= 解得R2=6 Ω。 解析:(2)当S断开时,由闭合电路欧姆定律得 E=I1(R3+r)+U1 当S闭合时,有E=I2(R3+r)+U2 解得E=5.6 V,r=0.5 Ω。 探究点三　路端电压与负载的关系 导学探究 我们有这样的经验,傍晚是每天用电高峰时段,万家灯火,但是灯光较暗,这是为什么? 提示:用电高峰时段干路电流比较大,干路导线中的电阻消耗的电压多,灯泡两端的电压变小,因此灯泡变暗。 知识归纳 1.路端电压随外电阻变化的规律 (1)当外电阻R增大时,由I=可知电流I减小,路端电压U=E-Ir增大。 (2)当外电阻R减小时,由I=可知电流I增大,路端电压U=E-Ir减小。 (3)两种特殊情况:①当外电路断开时,电流I变为0,U=E,即断路时的路端电压等于电源电动势,我们常根据这个道理测量电源的电动势。②当电源短路时,外电阻R=0,此时I=,U=0。 2.路端电压与电流的关系图像 路端电压U与电流I的关系为U=-rI+E,U-I图像如图所示。 (1)U轴截距表示电源电动势,纵坐标从零开始时,I轴截距等于短路电流。 (2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻,即内阻r=。 特别提示　电阻的伏安特性曲线中电压随电流的增大而增大,此处电源的U-I图像中电压随电流的增大而减小,二者物理意义不同。 典例剖析 【例3】 手电筒的电路图如图所示。老式的手电筒是把 两节1号干电池串联起来作为电源,一节1号干电池的电动 势是1.5 V。手电筒内的小灯泡的额定电压为2.5 V,额定电 流为0.3 A,按下开关后,小灯泡正常发光。 (1)手电筒不工作时,电源两端电压是多大?为什么小灯泡的额定电压是2.5 V,而不是3.0 V? (2)算一算,小灯泡正常工作时的电阻多大?电源的内阻多大?(保留2位有效数字) 答案:见解析 答案: 8.3 Ω　1.7 Ω 解析:(1)断路时电源两极间的电压为电源的电动势,即3.0 V。小灯泡工作时电路中有电流通过,由于电源有内阻,内部有电势降落,因此小灯泡的额定电压比电源电动势要小。 解析:(2)根据小灯泡的额定电压、额定电流,我们可以知道小灯泡正常工作时的电阻。根据部分电路欧姆定律 R= Ω=8.3 Ω 由路端电压U=E-Ir,可计算出电源的内阻 r= Ω=1.7 Ω。 教你析题 读取题干 获取信息 两节1号干电池串联起来作为电源,一节1号干电池的电动势是1.5 V 总电动势为两节干电池电动势之和,E=E1+E2=3 V 小灯泡正常发光 干路电流为小灯泡额定电流0.3 A,路端电压为小灯泡额定电压2.5 V 手电筒不工作 即外电路断开,电流I=0,路端电压等于电源电动势,U=E 教你破题 拓展 干电池长时间使用后,内阻会显著增大,通过用电器的电流显著减小, 用电器不能正常工作,这就是一般意义上的“电池没电了”。 但如果这种旧电 池用到电子钟上,由于电子钟的额定电流很小,虽然旧电池的内阻增大明显, 但电池内部的电势降落(Ir)却增大不多,路端电压也下降不多,仍能使电子 钟 正常工作一段时间。 对点演练 3.两个电源的U-I图像如图所示,从图像中可以看出(　　) A A.电源a的电动势较大,内阻较大 B.电源a的电动势较小,内阻较小 C.电源b的电动势较小,内阻较大 D.电源b的电动势较大,内阻较小 解析:根据闭合电路欧姆定律知U=E-Ir,故U-I图像与纵轴的交点等于电源的电动势,由题图可知,a的电动势较大,图像斜率的绝对值表示电源的内阻,a的斜率的绝对值较大,故a的内阻较大,A正确。 学以致用·随堂检测全达标 1.(对电动势的理解)(2025浙江绍兴期中)关于电源的电动势,下列说法正确的是(　　) A.电源的电动势就是接在电源两极间的电压表测得的电压 B.同一电源接入不同的电路,电动势就会发生变化 C.电源的电动势表示电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量 D.在闭合电路中,当外电阻变大时,路端电压增大,电源的电动势也增大 C 解析:电压表是有内阻的,跟电源连接后构成一个通路,测量的是电压表内阻两端的电压,所以电压表测得的电源两极间电压值略小于电动势,故A错误;电动势反映电源本身的特性,与外电路的结构无关,即同一电源接入不同的电路,其电动势不会变化,在闭合电路中,当外电阻变大时,路端电压增大,电源的电动势不会变化,故B、D错误;电源的电动势表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量,故C正确。 2.(闭合电路欧姆定律的应用)一电池外电路断开时的路端电压为3 V,接上8 Ω的负载电阻后路端电压降为2.4 V,则可以判定电池的电动势E和内阻r为(　　) A.E=2.4 V,r=1 Ω B.E=3 V,r=2 Ω C.E=2.4 V,r=2 Ω D.E=3 V,r=1 Ω B 解析:电池外电路断开时的路端电压为3 V,则电池的电动势E=3 V,当电源接上8 Ω的负载电阻后路端电压降为2.4 V,电路中的电流为I= A=0.3 A,电源的内阻r==2 Ω,故B正确。 3.(路端电压与负载的关系图像)研究路端电压U与外电阻R的关系电路如图所示。闭合开关S,改变电阻箱R的阻值,测出多组U和R的值,已知电压表可看作理想电压表,则描绘出的U-R图像可能是(　　) C 解析:当电阻箱阻值增大时,总电阻增大,则干路电流变小,内电压减小,则路端电压增大,故B错误;根据函数关系U=R=知,U、R为非线性关系,故A错误;当电阻箱阻值趋于无穷大时,路端电压U趋于等于电动势E,故C正确,D错误。 $