第12章 2.第2课时 路端电压与负载的关系-【优学精讲】2025-2026学年高中物理必修第三册教用课件（人教版）

该高中物理课件聚焦路端电压与负载的关系，通过滑动变阻器改变电阻的情境导入，结合闭合电路欧姆定律U=E-Ir，构建从概念理解到U-I图像分析的学习支架，衔接欧姆定律与电源特性知识点。 其亮点在于通过情境问题、易错辨析及电源与电阻U-I图像对比表格，培养科学思维（模型建构、科学推理）和科学探究能力。例题与分层练习结合，助学生深化理解，教师可利用结构化资源提升教学效率。

第2课时　路端电压与负载的关系 1.知道负载、路端电压的概念，理解路端电压与负载的关系，并会进行相关计算。 2.理解电源两端电压与电流的关系及电源的U-I图像的特点，体会图像法在研究物理问题中的作用。 3.理解电源的U-I图像和电阻的U-I图像的区别与联系。 学习目标 01 知识点 路端电压与负载的关系 02 素养培优 目 录 03 随堂演练 教师独具 04 课时作业 01 PART 知识点 路端电压与负载的关系 目 录 情境：如图甲所示，用电动势为E、内阻为r的电源，给滑动变阻器R供 电。改变滑动变阻器R接入电路的阻值，电源两端的电压U与电路中的电流 I均随之变化。 问题：以U为纵坐标，I为横坐标，在图乙中画出滑动变阻器接入电路 的阻值R变化过程中U-I图像的示意图，并说明U-I图像与两坐标轴交点 的物理意义。 物理·必修第三册 目 录 提示：由闭合电路欧姆定律可知U＝E－Ir，所以U-I图像如图所示，图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流。 物理·必修第三册 目 录 1. 负载和路端电压：外电路中的 叫作负载，外电路的 ⁠ 叫作路端电压。 2. 路端电压与电流的关系 用电器　 电势降 落　 （1）路端电压与电流的关系：U＝ ⁠； E－Ir　 物理·必修第三册 目 录 （2）电源的U-I图像 ①意义：表示电源的路端电压U与电流I变化关系，如图所示，U-I图线是一 条向下倾斜的直线。 ②特点：该直线与纵轴交点的纵坐标表示 ，斜率的绝对值表示 电源的 ⁠。 电动势　 内阻　 物理·必修第三册 目 录 3. 路端电压与外电阻的关系 （1）当R增大时，路端电压U ，当R减小时，路端电压U ⁠ ⁠。 （2）两种特殊情况 ①当外电路断路时，外电阻R为 ，I为 ，Ir也为 ，可 得U＝ ，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势的大小。 ②当电源两端 时，外电阻R＝0，此时I＝，电源的内阻r一般 都 ，短路时电流 ，会导致温度过高，烧坏 ，甚 至引起火灾。 增大　 减小 无穷大　 0　 0　 E　 短路　 很小　 很大　 电源　 物理·必修第三册 目 录 【易错辨析】 （1）路端电压U与电路中电流I成正比。 （　×　） （2）路端电压U与外电阻R成正比。 （　×　） （3）若把电池的正、负极用导线直接连接短路，此时电路中的电流无穷大。 （　×　） （4）电池与外电路断路时，电池两端的电压等于电池的电动势。 （　√　） × × × √ 物理·必修第三册 目 录 1. 路端电压与外电阻的关系 （1）公式（对纯电阻电路适用） U＝E－Ir＝E－r。 （2）断路 当外电路断开时，R→∞，U内＝0，U＝E，路端电压U随外电路电阻R变化 的图像如图所示。 物理·必修第三册 目 录 （3）电源短路 当外电路短路时，R＝0，I＝（称为短路电流），U＝0。由于内阻r很 小，电路中电流很大，容易烧坏电源，这是严禁把电源两极不经负载直接 相接的原因。 物理·必修第三册 目 录 2. 路端电压U与外电阻R之间的关系 对某一给定的闭合电路来说，电流、路端电压、内电压随外电阻的改变而 改变，变化情况如下表所示（↑表示增大，↓表示减小）： 外电阻变化情况 R↑ R→∞ R↓ R→0 电流I＝ I↓ I→0 I↑ I→ 内电压U内＝Ir＝E－IR U内↓ U内→0 U内↑ U内→E 路端电压U＝IR＝E－Ir U↑ U→E U↓ U→0 物理·必修第三册 目 录 【例1】　（路端电压与外电阻关系的理解）电源电动势为E，内阻为r， 向可变电阻R供电，关于路端电压，下列说法正确的是（　　） A. 因为电源电动势不变，所以路端电压也不变 B. 因为U＝IR，所以当I增大时，路端电压也增大 C. 因为U＝E－Ir，所以当I增大时，路端电压减小 D. 若外电路断开，则路端电压为零 解析：路端电压U＝IR＝E－Ir，因为I增大时，R减小，所以不能用U ＝IR判断路端电压的变化情况，根据U＝E－Ir可知，当I增大时，路端 电压减小，选项A、B错误，C正确；当外电路断开时，路端电压为E， 选项D错误。 √ 物理·必修第三册 目 录 【例2】　（路端电压的计算）人造卫星在太空飞行，主要靠太阳能电池 提供能量。有一太阳能电池板，测得它的开路电压为800 mV，短路电流为 40 mA。若将该电池板与一阻值为20 Ω的电阻连成一闭合电路，则路端电 压为（　　） A. 0.1 V B. 0.2 V C. 0.3 V D. 0.4 V √ 物理·必修第三册 目 录 解析：电池板没有接入外电路时，开路电压等于电池板电动势，所以电动 势E＝800 mV。由闭合电路欧姆定律得短路电流I短＝，所以电池板内阻r ＝＝ Ω＝20 Ω，该电池板与20 Ω的电阻连成闭合电路时，电路中 电流I＝＝ mA＝20 mA，所以路端电压U＝IR＝400 mV＝0.4 V， 故选D。 物理·必修第三册 目 录 【例3】　（电源的U-I图像的理解及应用）如图所示为某一电源的U-I图 像，由图像可知（　　） A. 电源电动势为1.2 V B. 电源短路时电流为6.0 A C. 电源内阻为 Ω D. 路端电压为1.0 V时，电路中电流为5.0 A √ 物理·必修第三册 目 录 解析：根据闭合电路欧姆定律可知电源U-I图像的纵轴截距表示电源电动 势，斜率的绝对值表示电源内阻，则E＝2.0 V，r＝ Ω＝0.2 Ω，所 以电源的短路电流为I短＝＝10 A，路端电压为1.0 V时，电路中电流为I＝ ＝5.0 A，故A、B、C错误，D正确。 物理·必修第三册 目 录 02 PART 素养培优 目 录 电源的U-I图像和电阻的U-I图像的比较 电源的U-I图像 电阻的U-I图像 图像的形状 U＝E－Ir U＝IR 物理·必修第三册 目 录 电源的U-I图像 电阻的U-I图像 图像的物理 意义 表示路端电压与电源中电 流的关系 表示电阻两端电压与流过电阻的电流的关系 图线与坐标 轴交点 ①与纵轴交点表示电源电 动势E ②与横轴交点表示电源短 路电流 过坐标轴原点，表示电压为零时电流也为零 图线斜率的意义 斜率的绝对值等于电源内阻r 斜率等于电阻的阻值 图线某点坐标的乘积UI 表示电源的输出功率（下 一节学习） 表示电阻消耗的功率 物理·必修第三册 目 录 电源的U-I图像 电阻的U-I图像 联系 如图所示， 在同一坐标系中，电源U-I图像和电阻U-I图像的交点坐标为 （IP、UP），当该电源仅与该电阻R串联组成回路时： （1）UP既表示电源的路端电压、也表示电阻R两端的电压； IP表示流过电源和电阻R的电流。 （2）P＝IPUP，既表示电源的输出功率（下一节学习），也 表示电阻R的功率 物理·必修第三册 目 录 【典例】　〔多选〕（2025·天津北辰期中）如图所示，将某一电源的路端 电压随干路电流的变化关系和某一定值电阻R两端的电压与通过该电阻的 电流关系画在同一个U-I图像中。若将该电源与定值电阻R串联构成闭合回 路，下列分析中正确的是（　　） A. 甲反映定值电阻R的U-I关系，R＝2.0 Ω B. 乙反映电源的U-I关系，其电动势E＝5.0 V C. 通过定值电阻R的电流大小一定为1.2 A D. 电源内阻r＝1 Ω √ √ 物理·必修第三册 目 录 解析：结合图像可知，甲反映定值电阻R的U-I关系，则R＝ Ω＝2.0 Ω， 故A正确；乙反映电源的U-I关系，但5 V并不是电流为零时对应的路端电 压，因此电动势不是5 V，B错误；电源与定值电阻R串联构成闭合回路， 电阻两端的电压为4.0 V，则I＝＝ A＝2.0 A，故C错误；图像乙的斜率 的绝对值表示电源内阻，因此r＝＝ Ω＝1 Ω，故D正确。 物理·必修第三册 目 录 03 PART 随堂演练 教师独具 目 录 1. （路端电压与外电阻的关系理解）用电动势为E、内阻为r的电源对外电 路供电，则（　　） A. 电源短路时，路端电压为最大值 B. 外电路断开时，路端电压为零 C. 路端电压增大时，流过电源的电流一定减小 D. 外电阻变大时，路端电压变小 √ 物理·必修第三册 目 录 解析：　电源短路时，外电路无电阻，路端电压U＝IR＝0，故A错误； 外电路断开时，电路电流为0，内电压U内＝Ir＝0，由U＝E－Ir可知U＝ E，即路端电压等于电动势，故B错误；路端电压增大时，由U＝E－Ir可 知，流过电源的电流I减小，故C正确；当外电阻变大时，由I＝可知， 电流I减小，根据U＝E－Ir， 可知路端电压变大，故D错误。 物理·必修第三册 目 录 2. （路端电压与外电阻的关系的应用）在如图所示的电路中，当开关S1断 开、开关S2闭合时，电压表的读数为3 V；当开关S1、S2均闭合时，电压表 的读数为1.8 V，已知电压表为理想电压表，外接电阻为R、电源内阻为r。 由以上数据可知为（　　） A. B. C. D. √ 物理·必修第三册 目 录 解析：当开关S1断开、开关S2闭合时，理想电压表的读数等于电源的电动势，即E＝3 V。当开关S1、S2均闭合时，U外＝1.8 V，所以U内＝E－U外＝1.2 V，因U外＝IR，U内＝Ir，所以＝＝，故选D。 物理·必修第三册 目 录 3. （电源的U-I图像）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时外电阻是20 Ω √ 物理·必修第三册 目 录 解析：　由题图可知，电源的电动势为6.0 V，A正确；电源的内阻r ＝ Ω＝2 Ω，B错误；图线与横轴的交点的横坐标表示的是路端 电压为5.0 V时电路中的电流，不是短路电流，C错误；电流为0.3 A 时，路端电压为5.4 V，则由部分电路欧姆定律可知外电阻R＝＝ Ω＝18 Ω，D错误。 　　 物理·必修第三册 目 录 4. （电源的U-I图像和电阻的U-I图像）〔多选〕一灯泡和一电源的U-I图线 如图所示，两线交点为（0.6 A，0.5 V），下列说法正确的是（　　） A. 电源的电动势为1.5 V B. 电源的内阻为2 Ω C. 小灯泡的电阻随着电流的增大而增大 D. 把电源和小灯泡组成闭合回路，小灯泡的功率约为 0.3 W √ √ √ 物理·必修第三册 目 录 解析：根据U＝E－Ir可知电源的电动势为E＝1.5 V，电源的内阻为 r＝＝ Ω＝1.67 Ω，选项A正确，B错误；根据R＝可知，随电流变 大，小灯泡上各点与坐标原点连线的斜率变大，可知小灯泡的电阻随着电 流的增大而增大，选项C正确；把电源和小灯泡组成闭合回路，则两图像 的交点为电路的工作点，则此时小灯泡两端电压和电流分别为0.5 V和0.6 A，则小灯泡的功率约为P＝IU＝0.3 W，选项D正确。 物理·必修第三册 目 录 04 PART 课时作业 目 录 知识点　路端电压与负载的关系 1. 关于闭合电路，下列说法正确的是（　　） A. 电源正负极被短路时，电流很小 B. 电源正负极被短路时，路端电压最大 C. 外电路断路时，路端电压为零 D. 用电器增加时，路端电压可能减小 √ 物理·必修第三册 目 录 解析：　电源正负极被短路时，外电路电阻为零，则电流很大，此时路端电压为零；外电路断路时，电路中电流为零，此时路端电压等于电源电动势； 用电器增加时，如用电器是并联接入，则外电路电阻减小，电路中电流增大，内电压增大，则路端电压减小。故选D。 物理·必修第三册 目 录 2. 如图所示，电源的内阻不能忽略，当电路中点亮的电灯的数目增多时， 下面说法正确的是（　　） A. 外电路的总电阻逐渐变大，电灯两端的电压逐渐变小 B. 外电路的总电阻逐渐变大，电灯两端的电压不变 C. 外电路的总电阻逐渐变小，电灯两端的电压不变 D. 外电路的总电阻逐渐变小，电灯两端的电压逐渐变小 解析：　由题图可知，电灯均为并联；当点亮的电灯数目增多时，并联 的支路增多，由并联电路的规律可知，外电路的总电阻逐渐减小，由闭合 电路欧姆定律知，干路电流增大，则内电压增大，故路端电压减小，电灯 两端的电压逐渐变小，故D正确。 √ 物理·必修第三册 目 录 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 √ √ 物理·必修第三册 目 录 解析：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。 物理·必修第三册 目 录 4. 〔多选〕A、B两电源分别对用电器供电时其路端电压与电流的关系图 线如图所示，则下述说法正确的是（　　） A. 电源电动势EA＝EB B. 电源内阻rA＝rB C. 电源A的短路电流为0.2 A D. 电源B的短路电流为0.3 A √ √ 物理·必修第三册 目 录 解析：由闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir，当I＝0时，U＝E，U-I图线的斜率的绝对值等于电源内阻的大小。由题图看出，电源A的电动势为2 V，电源B的电动势为1.5 V，即电源电动势EA＞EB，故A错误；两图线平行，说明电源的内阻相等，即rA＝rB，故B正确；电源A的短路电流为IA＝＝ A＝0.4 A，故C错误；电源B的短路电流为IB＝＝ A＝0.3 A，故D正确。 物理·必修第三册 目 录 5. 某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示，当汽车启动 时，开关S闭合，电机工作，下列说法正确的是（　　） A. 车灯变亮 B. 路端电压变大 C. 电路的总电流变大 D. 电路的总电流变小 解析：　当汽车启动时，电机工作，与车灯并联，此时外电路电阻变 小，所以电路的总电流变大，内电压升高，路端电压降低，车灯变暗， A、B、D错误，C正确。 √ 物理·必修第三册 目 录 6. （2025·山东济宁月考）某电源的路端电压与电流的关系图线如图所示，用此电源与三个阻值均为3 Ω的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8 V，则该电路可能为（　　） √ 物理·必修第三册 目 录 解析：由题图可知，E＝6 V，内阻r等于图像斜率的绝对值，则r＝0.5 Ω，当路端电压为4.8 V时，U内＝E－U＝6 V－4.8 V＝1.2 V。因为＝ ，所以R＝r＝×0.5 Ω＝2 Ω。由电阻的串、并联知识可知B正确。 物理·必修第三册 目 录 7. 〔多选〕在如图甲所示的电路中，R1、R2均为定值电阻，R1＝150 Ω， R2的阻值未知，R3是一滑动变阻器，当其滑片从最左端滑至最右端的过程 中，测得电源的路端电压随总电流I的变化图线如图乙所示，其中图线上的 A、B两点是滑片在滑动变阻器的两个不同端点时分别得到的，则（　　） A. 电源的电动势为20 V B. 电源的内阻为20 Ω C. 定值电阻R2的阻值为10 Ω D. 滑动变阻器R3的最大阻值为150 Ω √ √ √ 物理·必修第三册 目 录 解析：由闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir，结合题图乙知E＝20 V，r＝20 Ω，故A、B正确；当R3的滑片自左向右滑时，R3连入电路的阻值变小，使电路总电阻变小，则总电流变大。由此可知，图线上的A、B两点是滑片分别位于最左端和最右端时所得到的。当滑片位于最右端时，R3＝0，R1被短路，外电路总电阻即为R2，定值电阻R2＝＝ Ω＝5 Ω，故C错误；当滑片在最左端时，滑动变阻器接入电路的阻值最大，并对应着图线上的A点，R总＝＝ Ω＝80 Ω，又R总＝＋R2，代入数值解得滑动变阻器的最大阻值R3＝150 Ω，故D正确。 物理·必修第三册 目 录 8. 硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点，如图所示，图线a 是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像（电池内阻不是常 数），图线b是某电阻R的U-I图像，在该光照强度下将它们组成闭合回路 时，硅光电池的内阻为（　　） A. 8.0 Ω B. 10 Ω C. 12 Ω D. 12.5 Ω √ 物理·必修第三册 目 录 解析：　由闭合电路欧姆定律得U＝E－Ir，当I＝0时，E＝U，由图 线a与纵轴的交点读出电动势E＝3.6 V。根据两图线交点处的状态可 知，电阻两端的电压U1＝2 V，电流I1＝0.2 A，则内阻r＝＝ Ω＝8.0 Ω，A正确。 物理·必修第三册 目 录 9. 如图甲所示是来测量脂肪积累程度的仪器，其原理是根据人体电阻的大 小来判断脂肪所占比例（体液中含有钠离子、钾离子等，而脂肪不容易导 电），模拟电路如图乙所示。测量时，闭合开关，测试者分握两手柄，体 型相近的两人相比，脂肪含量高者（　　） A. 电流表示数大 B. 电压表示数小 C. 电源内阻的电压小 D. 路端电压小 √ 物理·必修第三册 目 录 解析：　体液中含有钠离子、钾离子等，而脂肪不容易导电，由闭合电 路欧姆定律可知I＝，则体型相近的两人相比，脂肪含量高者 电阻Rx大，电路中的电流表示数小，故A错误；由于电压表测得是人体的 电压，则U＝E－I（r＋R1＋R2），电流小，则电压表示数大，故B错误； 电源内电压为Ur＝Ir，电流小，则电源内电压小，故C正确；路端电压为U 路＝E－Ir，电流小，则路端电压大，故D错误。 物理·必修第三册 目 录 10. 一个允许通过最大电流为2 A的电源和一个滑动变阻器，接成如图甲所 示的电路，滑动变阻器最大阻值为R0＝22 Ω，电源路端电压U随外电阻R变 化的规律如图乙所示，图中U＝12 V的直线为图线的渐近线。试求： （1）电源电动势E和内阻r； 答案：12 V　2 Ω　 解析：由乙图可知，当R→∞时，U＝E，则得电源的电动势为E＝12 V 而当U＝6 V＝时，应有r＝R＝2 Ω。 物理·必修第三册 目 录 （2）A、B空载（不接任何东西）时输出电压的范围。 答案：0～11 V 解析： A、B空载时，当滑片滑至上端时，UAB最大为Umax＝ E＝11 V 当滑片滑至下端时，UAB为零，因此，A、B空载时输出电压范围为0～11 V。 物理·必修第三册 目 录 11. 〔多选〕（2025·北京顺义期中）某一电源的路端电压与电流的关系和 电阻R1、R2的电压与电流的关系如图所示。用此电源和电阻R1、R2组成电 路，R1、R2可以同时接入电路，也可以单独接入电路。根据以上情形，以 下说法正确的是（　　） A. 电源电动势E为3 V，电源内阻r为0.5 Ω B. 电阻R1＝1 Ω，R2＝0.5 Ω C. 将R1、R2串联后接到电源两端，电源两端电压为2.25 V D. 将R1、R2并联后接到电源两端，电源内电压为1.8 V √ √ √ 物理·必修第三册 目 录 解析：电源的U-I图像纵截距表示电源电动势，斜率的绝对值表示电源内阻，由图可知，电源的电动势和内阻分别为E＝3 V，r＝ Ω＝0.5 Ω，故A正确，根据图像中数据可得电阻R1＝0.5 Ω，R2＝1 Ω，B错误；将R1、R2串联后接到电源两端，外电阻R＝R1＋R2＝1.5 Ω，电源两端电压U＝E＝2.25 V，故C正确；将R1、R2并联后接到电源两端，外电阻R'＝ Ω，电源内电压U内＝E＝1.8 V，故D正确。 物理·必修第三册 目 录 $