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

闭合电路的欧姆定律 一、电动势 1、电源的概念 + + + - - - + + + + + + + + + （2）电源的内部电场方向如何？ （1）电源外部，正电荷将怎样移动？ （3）电源内部，正电荷将怎样移动？ （4）电源内部的正电荷受到电场力方向？电场力做正功还是负功？ （5）什么力来克服电场力做功？做正功还是负功？ （6）电源内部的非静电力是由什么提供的？ 从正极到负极 从负极到正极 从正极指向负极 负功 非静电力 正功 从正极指向负极 F 干电池 发电机 （7）电源内部的能量是怎样转化的？ 非静电力是化学作用 非静电力是电磁作用 电源内部非静电力克服电场力做功，把其他形式的能转化为电势能 1.定义：非静电力把正电荷从负极移送到 正极所做的功跟被移送的电荷量的比值。 一、电动势 2.公式：E=W非/q 单位：V 3.物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小，数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。 电动势是1.5V的物理意义是什么？ E r S R A B 闭合电路 外电路 内电路 二、闭合电路组成 B D A C A B C D R E , r （1）在外电路中，沿电流方向电势降低。 （2）在内电路中，一方面，存在内阻，沿电流方向电势也降低；另一方面，电源两端的化学反应层使电势“跃升” 化学反应层 2闭合电路中电势的变化 6 讨论电源中的能量变化 (即闭合电路的欧姆定律的推导） 1、若外电路中的用电器两端电压是U外,电流为I ，在时间t内外电路中消耗多少电能？ r E R K 内电路 外电路 E外=U外It 2、内电路内压为U内,当电流I通过内电路时，也有一部分电能转化为内能，是多少？ E内= U内It 3、电流流经电源时，在时间t内非静电力做多少功 W=Eq＝EIt 4、以上各能量之间有什么关系？ 7 根据能量守恒定律，非静电力做的功应该等于内外电路中电能转化为其他形式的能的总和。 W非=E外+E内 即：EIt=I2Rt+I2rt 8 1.内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比. 2.公式: 三、闭合电路欧姆定律 3.适用条件：外电路是纯电阻电路. 说明： 1、 是外电路上总的电势降落，即电源两端的电压，习惯上叫路端电压（即外压）。 2、 是内电路上的电势降落，习惯上叫内电压（即内压）. 3、 适用于纯电阻电路 适用于一切闭合电路 4 两个特例： （2）外电路短路时 （1）外电路断路时 E、r E、r 断路时的路端电压等于电源电动势 短路时电动势等于内电压 V V 例1、如图，Ｒ1=28Ω,Ｒ2=18Ω,当开关处于位置1时,电流表读数I1=0.4A;当开关处于位置2时,电流表读数I2=0.6A.求电源的电动势E和内电阻r. s E、r R1 A R2 1 2 一 闭合电路欧姆定律基本应用 11 R1 R2 R3 例2、如图的电路中，R1=3.5Ω,R2=6Ω,R3=3Ω，电压表为理想电表，当开关S断开时，电压表示数为U 1=5.7V；当开关S闭合时，电压表示数为U2=3.5V，求电源的电动势和内电阻 6V、0.5Ω E、r 1、电源的输出电流与外电路电阻 四、电源的工作特性：（公式+图像） 2、电源的路端电压与外电路电阻（负载） 3、电源的路端电压与输出电流： （1）斜率: （2）U轴截距: I （3）I轴截距为: 若交点不是从（0.0）开始呢？ 电源的工作特性： 电源的能量问题： 4、电源的输出功率与外电路电阻 (1)当断路时： (2)当短路时： (3)当R外＝R内时： 1、当电阻箱R读数为多少时，电源的最大输出功率 3、条件不变，求当电阻箱R读数为多少时，电阻箱R消耗的功率最大 4、若例题中，电阻箱R的最大为3Ώ，R0=5Ώ，求当电阻箱R读数为多少时，电阻箱R的功率最大 如图所示，已知电源电动势为6V，内阻为1Ώ，保护电阻R0=0.5Ώ,求 2、当电阻箱R读数为多少时,R0消耗的电功率最大 5、电源的几种功率与输出电流： 6、电源效率与外电阻： ∴当R增加时η增大． 如图所示直线OAC某一直流电源的总功率P总随电流I的变化图线，抛物线OBC为同一直流电源内部热功率Pr随电流I的变化图线，A、B两点的横坐标都是2A，那么I=2A时电源输出功率及外电阻分别是（ ） A．2W，0.5Ω B．4W，2Ω C．2W，1Ω D．6W，2Ω O P/W I/A 3 2 P内 P总 1 9 A B C 第二课时 2.闭合电路欧姆定律： 1.部分电路欧姆定律： 一、复习回顾 (适用于纯电阻电路) 3.闭合电路欧姆定律推导公式： (适用于任何电路) 内电路 E、r S R V A 外电路 4.路端电压U随电流I变化的图象 如图所示，当滑动变阻器的滑动点P向右移动时，电流表、电压表的示数将如何变化？ E、r R1 A V R2 R3 P 方法一：程序法（局部-整体-局部） 负载R——总电阻——总电流——内电压——外电压 （技巧：先总路再支路，先不变的电路再变化的） 五、电路动态分析 方法二：“串反并同”法 研究对象电流（电压）的变化与负载电阻的变化相同或相反（开关通断等效于电阻的变小或变大）。 条件：①E、r（r≠0）一定， ② 单变量电路。 提示：先确定滑动变阻器哪部分连入电路 例2 四个小灯连接成如图所示电路，合上电键S，各灯均正常发光.若小灯L4灯丝突然烧断，则其余各灯亮度的变化情况是 [ ] A. L1变亮，L2L3均变暗 B. L1变暗，L2L3均变亮 C. L1变暗，L2熄灭，L3变亮 D. L1L2变亮，L3变暗 E、r 练习1、A灯与B灯电阻相同，当变阻器滑片向下移动时，对两灯明暗程度的变化判断正确的是( ) A、A、B灯都变亮 B、A、B灯都变暗 C、A灯变亮，B灯变暗 D、A灯变暗，B灯变亮 E、r s R B A 练习2、如图所示电路,当滑动变阻器的滑片P向下移动时,判断电路中的电压表、电流表的示数如何变化? V1示数增小 V2示数增小 A示数减大 练习3： 如图所示，电源电动势为E，内电阻为r．当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时，发现电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2， 下列说法中正确的是（ ） A、小灯泡L1、L3变暗，L2变亮 B、小灯泡L3变暗，L1、L2变亮 C、ΔU1<ΔU2 D、ΔU1>ΔU2 V2 V1 L1 L2 L3 P B、D 第三课时 课前检测.某兴趣小组对一火灾报警装置的部分电路进行探究，其电路如图所示，其中R2是半导体热敏电阻，它的电阻随温度变化关系如图乙所示．当R2所在处出现火情时，通过电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比 （ ） A．I变大，U变大 B．I变小，U变小 C．I变小，U变大 D．I变大，U变小 R1 A R4 R2 R3 E r a b 甲 O 乙 t R 31 版权所有—吕叔湘中学 庞留根. 版权所有——庞留根 五 闭合电路U-I图象的综合应用 U o I E U0 M（I0,U0） β α b a N I0 Im 1）右图中a为闭合电路的U-I图象（反映电源性质） b为部分电路(外电阻)的U-I图象 （反映电阻性质） 2）两者的交点坐标表示该电阻接入电路时的路端电压与电流. a的斜率的绝对值表示电源内阻的大小、b的斜率的绝对值表示接入电路中外电阻的的大小 3）利用图像进行相关功率，效率的计算 例1、如图所示，直线A为电源的U-I图线，曲线B为灯泡电阻的U-I图线，用该电源和小灯泡组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率及电源效率分别是（ ） A．4W、8W，33% B．2W、4W， 33% C．4W、6W，67% D．2W、3W， 67% C I/A U/V 2 4 6 B A 3 2 1 0 33 D 例2：如图所示，图线a是某一蓄电池组的伏安特性曲线，图线b是一只某种型号的定值电阻的伏安特性曲线．若已知该蓄电池组的内阻为2.0Ω，则这只定值电阻的阻值为______Ω。现有4只这种规格的定值电阻，可任意选取其中的若干只进行组合，作为该蓄电池组的外电路，则所组成的这些外电路中，输出功率最大时是_______W。 U/V I/A o 20 15 10 5 a b 解：由图象可知蓄电池的 电动势为20V。 由斜率关系知外电阻阻值 为6Ω。 用3只这种电阻并联作为外 电阻，外电阻等于2Ω，因 此输出功率最大为50W。 例1如图所示的电路中，电源电动势为6V，当开关S接通后，灯泡L1和L2都不亮，用电压表测得各部分电压是Uab=6V，Uad=0，Ucd=6V，由此可判定 Ａ、L1和L2的灯丝都烧断了 Ｂ、L1的灯丝烧断了 Ｃ、L2的灯丝烧断了 Ｄ、变阻器R烧断 六、电路故障分析 注：电压表示数为零，则电压表外接元件断路或电压表并联元件短路 电路故障判断 1、如果被测量部分电路两点的电压为零 这部分电路短路 这部分以外电路某处有断路 2、如果被测量部分电路两点的电压等于整个电路的总电压 这部分电路某处有断路 这部分以外电路被短路 例2、某同学按如上图示电路进行实验，电表均为理想电表，实验中由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了（但不为零），若这种情况的发生是由用电器引起的，则可能的故障原因是（ ） ①、R3短路 ②、R0短路 ③、R3断开 ④、R2断开 Ａ．①④ Ｂ．②③ Ｃ．①③ Ｄ．②④ D 练习、如图所示，电流表读数为0.75A，电压表读数为2V，R3= 4Ω，若某一电阻发生断路，则两电表的读数分别变为0.8A和3.2V. （1）是哪个电阻发生断路？ （2）求电阻R1、R2的阻值各为多少？ （3）电池的电动势和内电阻分别为多大？ R2发生断路 8 Ω；4Ω；E=4V，r=1Ω 七.含电容电路的分析 （1） 电路分析:C处断路;与C串联的R当直导线;电容器跟与它并联的用电器的电压相等，其作用相当于电压表. (2)充放电时要弄清:充电时电荷从哪里来;放电时电荷到哪里去. （2）先闭合然后将开关S断开，求断开后流过R3的总电荷量，电流流向如何？ [答案]　 (1)g，方向竖直向上　(2)4×10－4C 含有电容电路的综合应用 八、非纯电阻电路问题： 【例1】：如图所示的电路，电源电动势E=14V，内阻为r=2Ω，电灯为“2V，4W”，电动机的线圈电阻R=0.5Ω，当S闭合后，电灯和电动机都正常工作，则 电动机的额定电压为多少， 电动机输出的机械功率为多少， 全电路工作1min所放出的焦耳热为多少。 【例2】如图示，M为一线圈电阻r=0.4Ω的电动机,R=24Ω，电源电动势E=40V。当开关S断开时，电流表的示数为I1=1.6A；当开关S闭合时，电流表的示数为I2=4A，求：开关S闭合时电动机发热消耗的功率和转化为机械能的功率。 闭合电路中的几个关系图像 O R I r . P O R U r . P E I-R的关系 U-R的关系 O I U E . P U0 I0 α β （I0,U0） β b a O I U E . P U0 I0 α 闭合电路中的几个关系图像 U-I的关系 U-I图像的综合应用 2.如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图象，则下列说法中正确的是 （ ） A.电动势E1=E2，短路电流I1>I2 B.电动势E1=E2.内阻r1>r2 C电动势E1>E2，内阻r1<r2 D.当两电源的工作电流变量相同时，电源2的路端电压变化较大 O U I 1 2 AD 46 版权所有——庞留根 版权所有—庞留根2010.09.01， 一、电源的总功率和内电阻消耗的功率与电流的关系 1、电源的总功率 O P总 I α . M P0 I0 （1）条件：E、r一定 （2）规律： ①公式表述： ②文字表述：电源的总功率与电流成正比。 ③图像表述：过原点的直线，斜率表示电动势。 2、电源内电阻消耗的功率 （1）条件：E、r一定 O P内 I M I0 P0 （2）规律： ①公式表述： ②文字表述：电源内阻消耗的功率与电流的平方成正比。 ③图像表述：过原点的抛物线。 47 版权所有—庞留根2007.10.01， 版权所有——庞留根 二、电源的输出功率与外电阻的关系 1、条件： （1）纯电阻电路， （2） E、r一定， （3） R是外电路的总电阻， （4）R是变化的（自变量）。 2、规律：推导方法（1）配方法；（2）均值不等式 （1）公式表述： （2）图像表述： ③ ②当R=r时，电源输出功率最大 R P出 Pm r P0 R1 R2 O 当 时，电源的输出功率相等。 最大输出功率 ①当R=0即电路短路和R=∞即电路断路两种情况下，电源的输出功率均为零。 ④当R∈（0，r）是增函数；当R∈（r，∞）是减函数； 例2:如图所示的电路,电源的电动势E=9.0V，内电阻r=2.0Ω，定值电阻R1=1.0Ω，R2为可变电阻，其阻值在0--10Ω范围内调节。 （1）R2取何值时， 电源的输出功率最大？ （3） R2 取何值时，R1消耗的电功率最大？ （2）R2取何值时， R2 消耗的电功率最大？ R2 R1 E r 例3.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．为使电源输出功率最大，可采用的接法是 （ ） A．将R1单独接到电源两端 B．将R2单独接到电源两端 C．将R1、R2串联后接到电源两端 D．将R1、R2并联后接到电源两端 0 2 4 3 1 2 R2 R1 6 U/ V I/A 解： 由图线得: R1=0.5Ω, R2=1Ω, 电源内阻r=0.5Ω 为使电源输出功率最大，应使R=r，选项A正确。 A 50 版权所有——庞留根 版权所有—庞留根2010.09.01， 三、电源的效率与外电阻的关系 1、条件：纯电阻电路，E、r一定 2、规律： （3）图像表述： （1）公式表述： （2）文字表述：电源的效率随着外电阻的增大而增大。 O R η r . M 1 0.5 3、几种特殊情况： （1）断路： R=0 η=0 R=∞ η=100 % （2）短路： （3）最大输出功率 R=r η=50% 4、说明：该规律与路端电压与外电阻关系如出一辙。 1、基本思路 从局部到整体，再从整体到局部 2、注意事项 （1）某一电阻的变化有以下几种常见情况 ① 电路结构不变，当某一个电阻增大时，电路的总电阻增大；② 串联的电阻个数增多时总电阻增大；并联的电阻个数增多时，总电阻减小。 （2）运用程序法从整体转到局部时，应先分析固定支路，后分析变化支路，同时注意电流和电压两条线的转换。 某一电阻变化 连接关系 R外的变化 闭合电路欧姆定律 I总的变化 U端的变化 部分电路欧姆定律 串并联的基本特点 I分的变化 U分的变化 四、闭合电路的动态分析方法 3、变化规律 “串反并同” “并同”：是指某一电阻增大（减小）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（减小）； “串反”：是指某一电阻增大（减小）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（增大）。 （1）条件：①E、r（r≠0）一定， ② 单变量电路。 （2）规律： “串反并同” （3）说明：明确广义的“串”和“并”的物理意义。注意真理是相对的。 53 版权所有—庞留根2007.08.10， 4、滑线变阻器常见三种接法的特点 （1）如图所示的限流式接法. RAB随pb间的电阻增大而增大。 A B p b . a （2）分压式电路. 当P由a滑至b时，电路的总电阻RAB持续减小；若P点反向移动，则RAB持续增大。 A B a b P R1 R2 . （3）并联式电路。由于两并联支路的电阻之和为定值，则两支路的并联电阻随两支路阻值之差的增大（减小）而减小（增大）；且支路阻值相等时有最大值，相差最大时有最小值。 R1 R2 R3 A B a b p . 证明：令两支路的阻值被分为Ra、Rb,且Ra+Rb=R0,其中R0为定值。则 设R1>R2，当滑动端在b点时R并最小。 4、滑线变阻器常见三种接法的特点 例8.（2008年广东物理卷7）电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是（ ） A. 电压表和电流表读数都增大 B. 压表和电流表读数都减小 C. 电压表读数增大，电流表读数减小 D. 电压表读数减小，电流表读数增大 A A E r R a b R1 R2 V 、如图电路，闭合开关S后，a、b、c三盏灯均能发光，电源电动势E恒定且内阻r不可忽略。现将变阻器R的滑片稍向上滑动一些，三盏灯的亮度变化情况是（ ） A、a灯变亮，b、c灯变暗 B、a、c灯变亮，b灯变暗 C、a、c灯变暗，b灯变亮 D、a、b灯变暗，c灯变亮 c b a R 57 版权所有——庞留根 版权所有—庞留根2010.09.01， 例9.（2007年宁夏理综卷19）在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是 （ ） A．I1增大，I2不变，U增大 B．I1减小，I2增大，U减小 C．I1增大，I2减小，U增大 D．I1减小，I2不变，U减小 B S R1 R2 R3 E r A1 A2 V a b . . . . . . 应用“串反并同”法则分析可直接得出结论。 58 版权所有—庞留根2007.08.10， 例10.（2011年上海物理卷）如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动时（ ） A．电压表V读数先变大后变小，电流表A读数变大 B．电压表V读数先变小后变大，电流表A读数变小 C．电压表V读数先变大后变小，电流表A读数先变小后变大 D．电压表V读数先变小后变大，电流表A读数先变大后变小 V A P R E r S A 例11.（ 2006年上海物理卷11）如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示，电表示数变化量的大小分别用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示．下列比值正确的是（ ） A.U1/I不变,ΔU1/ΔI不变 B.U2/I变大,ΔU2/ΔI变大 C.U2/I变大,ΔU2/ΔI不变 D.U3/I变大,ΔU3/ΔI不变 A V1 V2 V3 R1 R2 P S E r A C D 不变 变大 不变 变大 不变 闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律的联系与区别是近年常考的知识点 $