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

本讲义聚焦路端电压与负载的关系这一核心知识点，前承电源电动势、内阻概念，后接闭合电路欧姆定律应用，通过情境问题、概念辨析、公式推导、图像分析及特殊情况讨论搭建学习支架，系统梳理U=E-Ir关系及U-I图像意义。 该资料以滑动变阻器供电情境驱动科学探究，通过电源与电阻U-I图像对比培养科学思维中的模型建构与科学推理，易错辨析和例题强化物理观念。课中助教师引导学生理解规律，课后学生可借表格和例题查漏补缺，提升分析解决问题能力。

第2课时　路端电压与负载的关系 学习目标 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。 知识点　路端电压与负载的关系 　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。 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 （1）路端电压与电流的关系：U＝　　　　； （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　　　　。 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。 【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。（　　） 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。 （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。 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 【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 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【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 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【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 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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 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 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 【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 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：完成课后作业　第十二章　2.　第2课时 3 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2课时　路端电压与负载的关系 知识点 情境导入 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。 新知导读 1.用电器　电势降落　2.（1）E－Ir　（2）②电动势　内阻　3.（1）增大　减小　（2）①无穷大　0　0　E　②短路　很小　很大　电源 易错辨析 （1） ×　（2）×　（3）×　（4）√ 第2课时　路端电压与负载的关系 知识点 【例1】　C　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。 【例2】　D　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。 【例3】　D　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。 【素养培优】 【典例】　AD　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。 学科网（北京）股份有限公司 $