6.电源的电动势和内阻 闭合电路欧姆定律-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

本讲义聚焦“电源的电动势和内阻、闭合电路欧姆定律”核心知识点，从电源的能量转化与电荷移动作用切入，系统梳理电动势定义及决定因素，进而构建闭合电路组成与欧姆定律表达式，最终通过U-I图像深化对路端电压与电流关系的理解，形成从概念到规律再到图像应用的完整学习支架。 该资料以情境导入（如干电池供电现象）激发兴趣，通过“任务驱动”师生互动（如计算不同电池非静电力做功）培养科学推理能力，结合对比表格（电动势与电压、电阻与电源U-I图像）建构物理模型，落实物理观念与科学思维。课中助力教师引导学生深化理解，课后针对练习（如电路动态分析题）帮助学生查漏补缺，提升知识应用能力。

6.电源的电动势和内阻　闭合电路欧姆定律 【素养目标】　1.知道电源是将其他形式的能转化为电能的装置。了解闭合电路中静电力和非静电力做功与能量转化的关系。2.了解外电路、内电路，知道电动势等于内、外电路电势降落之和。3.理解闭合电路欧姆定律，知道路端电压与负载的关系。 知识点一　电源　电动势和内阻 【情境导入】　如图所示，闭合开关，灯泡会发光。在这里干电池起到了什么作用？ 提示：可以给灯泡提供稳定的电势差。 【教材梳理】 (阅读教材P84－P86完成下列填空) 1．电源 (1)定义：把所有能提供电能的装置称为电源。 (2)作用 ①从电荷移动的角度看 电源的作用就是移送电荷，在电源内部把正电荷从 学生用书↓第95页 负极移送到正极，维持电源正、负极间有一定的电势差，从而保持电路中有持续电流。 ②从能量转化的角度看 移送电荷的过程就是克服静电力做功的过程，是将其他形式的能转化为电能的过程。 2．闭合电路的组成 如图所示，由开关、导线、电源、用电器连成的电路叫作闭合电路，可以分为外电路和内电路。 (1)外电路：用电器、开关和导线组成外电路，外电路两端的电压，即电源两极间的电压称为路端电压。 (2)内电路：电源内部称为内电路，内电路中的电阻叫内电阻。 3．电动势 (1)定义：非静电力在电源内部将正电荷从电源负极移到正极所做的功W非与电荷量q的比称为电源的电动势，符号是E。 (2)公式：E＝。 (3)单位：伏特，符号为V。 (4)决定因素：由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路无关。 【师生互动】　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，它们分别标有“1.5 V”“3.7 V”字样。 任务1.如果把1 C的正电荷分别从1.5 V和3.7 V的干电池的负极移到正极，非静电力分别做了多少功？ 任务2.两次电势能增加多少？ 任务3.哪个电池做功本领大？ 提示：任务1.根据电动势表达式E＝可知W＝qE，所以非静电力分别做了1.5 J和3.7 J的功。 任务2.根据功能关系可知两次电势能分别增加了1.5 J和3.7 J。 任务3.根据电动势的物理意义可知3.7 V的干电池做功本领大。 关于电动势，下列说法正确的是(　　) A．所有电池的电动势都是1.5 V B．体积越大的电源，其电动势一定越大 C．电动势在数值上等于电源正负极之间的电压 D．电动势表示电源将其他形式的能转化为电能的本领的大小 答案：D 解析：一节干电池的电动势是1.5 V，一节铅蓄电池的电动势是2 V，A错误；电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，与电源的体积无关，如各种体积的干电池的电动势都是1.5 V，B错误；从外电路来看，电源正负极之间的电压是路端电压，一般情况下，路端电压小于电源电动势，电源没有接入电路时两极间的电压在数值上等于电源的电动势，C错误；电动势表示电源将其他形式的能转化为电能的本领的大小，D正确。 1．对非静电力的理解 (1)非静电力：电源内使正、负电荷分离，并使正电荷聚积到电源正极、负电荷聚积到电源负极的非静电性质的作用力，是对除静电力外能对电荷流动起作用的其他力的统称。 (2)来源：在化学电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能；在发电机中，非静电力是电磁作用，它把机械能转化为电势能。 2．电动势与电压的对比 物理量 电动势E 电压U 物理 意义 非静电力做功将其他形式的能转化为电能的本领，表征电源的性质 表示电场力做功将电能转化为其他形式的能的本领，表征电场的性质 定义式 E＝，W非为非静电力做的功 U＝，W为电场力做的功 单位 伏特(V) 伏特(V) 联系 电动势等于内、外电路电势降落之和(总电压) 针对练1.(2025·山东潍坊高一检测)铅蓄电池的电动势为2 V，这表示 (　　) A．铅蓄电池两极间的电压可以大于2 V B．铅蓄电池在1 s内将2 J的化学能转变成电能 C．电路中每通过1 C电量，电源把2 J的化学能转变为电能 D．铅蓄电池将化学能转变成电能时，静电力做的功比一节干电池(电动势为1.5 V)的大 答案：C 解析：铅蓄电池两极间的电压小于或等于2 V，A错误；铅蓄电池的电动势为2 V，根据W＝qE可知，电路中每通过1 C电荷量，电源把2 J的化学能转化为电能，与时间无关，B错误，C正确；电源通过非静电力做功，铅蓄电池将化学能转变成电能时，非静电力移动单位正电荷做的功比一节干电池(电动势为1.5 V)的大，故D错误。 针对练2.(多选)下列关于电源的说法正确的是(　　) 学生用书↓第96页 A.电源外部存在着由正极指向负极的电场，内部存在着由负极指向正极的电场 B．在电源外部电路中，负电荷靠静电力由电源的负极流向正极 C．在电源内部电路中，正电荷靠非静电力由电源的负极流向正极 D．在干电池中，靠化学作用使化学能转化为电势能 答案：BCD 解析：不论在电源的外部还是内部，电场的方向都是从正极指向负极，A错误；在电源的外部，在静电力的作用下，负电荷从电源的负极移到正极，在电源的内部，在非静电力的作用下，正电荷从电源的负极移到正极，B、C正确；电源是把其他形式的能转化为电能，我们使用的干电池，是将化学能转化为电势能，D正确。 知识点二　 闭合电路欧姆定律 【情境导入】　根据如图所示的电路，回答以下问题： (1)什么是内电路和外电路？什么是闭合电路？ (2)在内、外电路中，沿着电流方向，各点的电势如何变化？ 提示：(1)电源内部是内电路，用电器、开关和导线组成外电路；由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路。 (2)在外电路中，电流从电源正极流向负极，沿着电流方向电势逐渐降低；在内电路中，电流从电源负极流向电源正极，沿电流方向电势升高。 【教材梳理】(阅读教材P87－P88完成下列填空) 1．内容：在外电路只接有电阻元件的情况下，通过闭合电路的电流大小跟电源的电动势成正比，跟内外电阻之和成反比。 2．表达式：I＝。 3．适用条件：外电路只有电阻元件的情况。 4．另一种表达形式：E＝U外＋U内。即：电源的电动势等于内、外电路电势降落之和。 【师生互动】　根据【情境导入】中的情境，回答以下问题： 任务1.当开关断开时，电源两端的电压为多少？ 任务2.能不能直接用导线把电源的正负极连接在一起？为什么？ 任务3.如果外电阻增大，电源两端的电压是如何变化的？ 提示：任务1.电源两端的电压等于电源的电动势，即U＝E。 任务2.不能，因为用导线直接把电源正负极连接在一起，电源短路，电流比较大，容易出现安全问题。 任务3.电源两端的电压U＝E，若外电阻增大，电源两端的电压也会增大。 在如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(均为理想电表)的示数各为1.6 V和0.4 A。当S断开时，它们的示数各改变0.1 V和0.1 A，求电源的电动势和内阻。 解题导引：解此题做好以下两点 (1)两表读数增减的分析 ①开关S断开后，外电阻的变化：由R1、R2并联变为只有R1接入电路，电阻变大； ②两表读数的变化：电流表读数变小，电压表读数变大。 (2)电压表测量的是路端电压，电流表测量的是干路电流，它们之间的关系满足闭合电路欧姆定律，即U＝E－Ir。 答案：2 V　1 Ω 解析：当S闭合时，R1、R2并联接入电路，当S断开时，只有R1接入电路，此时路端电压增大、干路电流减小。当S闭合时，由闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir，即1.6 V＝E－0.4 A·r 当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得U′＝E－I′r，即(1.6＋0.1)V＝E－(0.4－0.1)A·r联立可得E＝2 V，r＝1 Ω。 1．闭合电路欧姆定律的表达形式 表达式 物理意义 适用条件 I＝ 电流与电源电动势成正比，与电路总电阻成反比 纯电阻电路 E＝I(R＋r)① E＝U外＋Ir ② E＝U外＋U内③ 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 2.使用闭合电路欧姆定律解决问题的一般步骤 (1)分析电路结构、电表位置，画出等效电路图(不要漏掉内电阻)。 (2)求总电流I：若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势，可用闭合电路的欧姆定律直接求出；若内、外电路上有多个未知电阻，可利用某一部分电路的已知电流和电压求总电流I。 (3)根据串、并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流。 学生用书↓第97页 针对练1.(多选)如图所示，当可变电阻R＝2 Ω时，理想电压表的示数U＝4 V，已知电源的电动势E＝6 V，则(　　) A．此时理想电流表的示数是2 A B．此时理想电流表的示数是3 A C．电源的内阻是1 Ω D．电源的内阻是2 Ω 答案：AC 解析：由题图可知电压表测量的是路端电压，电流表测量的是通过可变电阻R的电流，则U＝IR，解得I＝2 A，再由闭合电路欧姆定律有E＝U＋Ir，解得r＝1 Ω，故选项A、C正确，B、D错误。 针对练2.(2025·广东清远高二期末)如图所示，R3＝0.5 Ω，S断开时，两表读数分别为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。两表均视为理想电表，求： (1)R1、R2的阻值； (2)电源的电动势和内阻。 答案：(1)6 Ω　6 Ω　(2)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。 (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，由闭合电路欧姆定律得 E＝I2(R3＋r)＋U2 联立解得E＝5.6 V，r＝0.5 Ω。 知识点三　电源的U-I图像 1．电源的U-I图像 由U＝E－Ir可知，U-I图像是一条倾斜向下的直线，如图所示。 (1)图像中U轴截距E表示电源电动势。 (2)I轴截距I0等于短路电流。 (3)图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即r＝。 注意：图像的纵坐标不从零开始时，图线与纵轴的交点仍表示电源电动势E，但图线与横轴的交点不表示短路电流。 2．电阻的U-I图像与电源的U-I图像的比较 电阻 电源 U-I 图像 研究 对象 对某一固定电阻而言，两端电压与通过的电流成正比关系 对电源进行研究，路端电压随干路电流的变化关系 图像的 物理 意义 表示导体的性质，R＝，R不随U与I的变化而变化 表示电源的性质，图线与纵轴的交点表示电源的电动势，图线斜率的绝对值表示电源的内阻 联系 电源的电动势和内阻是不变的，正是由于外电阻R的变化才会引起路端电压U和总电流I的变化 (多选)如图为某一电源的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 解析：在U-I图线中，纵轴截距表示电源电动势，A正确；该U-I图线横轴截距表示短路电流，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，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，D正确。 针对练1.在两个不同的闭合电路中，电源的U-I图像分别如图所示。下列判断正确的是(　　) 学生用书↓第98页 A.电动势E1＝E2，发生短路时的电流I1<I2 B．电动势E1＝E2，内阻r1<r2 C．电动势E1>E2，内阻r1<r2 D．当两个电源的工作电流变化量相同时，电源1的路端电压变化大 答案：B 解析：根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，结合U-I图像，可知E为图线与纵轴的截距，－r为图线斜率，则由图像知E1＝E2，r1<r2，I1>I2，A、C错误，B正确；由数学关系ΔU＝－ΔIr知，当工作电流变化量相同时，因为r1<r2，所以|ΔU2|>|ΔU1|，D错误。 针对练2.(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1.40 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时，电流表的示数I′＝0.2 A 答案：AD 解析：根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，可知U-I图像中图线斜率的绝对值表示电池的内阻，纵坐标的截距表示电池的电动势，则有r＝|k|＝ Ω＝1 Ω，E＝1.40 V，A正确，B错误；外电路发生短路时的电流为I短＝＝ A＝1.4 A，C错误；电压表的示数为1.2 V时，代入U＝E－I′r可解得电流表的示数为I′＝＝ A＝0.2 A，D正确。 1．关于电动势，以下说法中正确的是(　　) A．电源电动势等于电源正、负极之间的电势差 B．用电压表直接测量电源两极得到的电压数值，实际上总略小于电源电动势的准确值 C．电源电动势总等于内、外电路上的电压之和，所以它的数值与外电路的组成有关 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 答案：B 解析：电源正、负极之间的电势差为电源的路端电压，只有当电源处于断路状态时，电源的电动势才等于路端电压，A错误；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，B正确；电动势反映电源的特性，与外电路的结构无关，C错误；在闭合电路中，当外电阻变大时，路端电压增大，而电源的电动势不变，D错误。 2．(2025·广州大学附属中学高二校联考期末)锂电池以碳材料为负极，以含锂的化合物为正极。锂电池在充电和工作时主要依靠锂离子(Li＋)在正极和负极之间移动来工作。如图为锂电池的内部结构，某过程中Li＋从负极通过隔膜返回正极。锂电池的电动势为3.7 V，工作电流为1 A，则(　　) A．电源的路端电压为3.7 V B．此过程电池处于充电状态 C．电路中单位时间内非静电力做的功为3.7 J D．电池中电荷量的单位通常标识为“kW·h” 答案：C 解析：由于存在一定的内电压，所以电源的路端电压小于锂电池的电动势，则电源的路端电压小于3.7 V，故A错误；电池在放电状态下，在电源内部正电荷应该由负极向正极移动，而题图所示状态带正电的锂离子(Li＋)从负极向正极移动，可知电池处于放电状态，故B错误； 电路中单位时间内非静电力做的功为W＝EIt＝3.7×1×1 J＝3.7 J，故C正确；kW·h是能量单位，在电池中电荷量的单位通常表示为mA·h，故D错误。 3．(多选)如图为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 答案：AD 解析：由题图可知电源的U-I图像的纵轴坐标并不是从零开始的，故纵轴上的截距虽为电源的电动势，即E＝6.0 V，但横轴上的截距0.5 A并不是电源的短路电流，内阻等于图线斜率的绝对值，即r＝＝ Ω＝2 Ω，由闭合电路欧姆定律可得电流I＝0.3 A时，外电阻R＝－r＝18 Ω，故选AD。 4．(鲁科版教材P115T3改编)如图所示，R1＝14 Ω，R2＝9 Ω，当开关S切换到位置1时，电流表的示数为I1＝0.2 A；当开关S切换到位置2时，电流表的示数I2＝0.3 A，求电源的电动势和内阻。如果没有电流表，只有电压表，如何设计实验测量电源的内阻和电动势？ 答案：E＝3.0 V，r＝1.0 Ω，设计实验见解析 解析：根据闭合电路欧姆定律得 E＝I1(R1＋r)，E＝I2(R2＋r) 联立并代入数据解得E＝3.0 V，r＝1.0 Ω 如果没有电流表，只有电压表，可将电压表与外电阻并联，分别测得闭合开关时，电压表与R1、R2并联时的示数。根据E＝U＋r测得电源的内阻和电动势。 学科网（北京）股份有限公司 $