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，涵盖电动势定义、闭合电路组成及路端电压与负载关系。通过水流装置与电源装置类比导入，衔接静电力知识，搭建从非静电力到闭合电路规律的学习支架。 其亮点是以科学思维中的模型建构和科学推理为核心，通过类比、能量守恒推导定律、U-I图像分析等活动，结合电阻表原理探究等科学探究环节。采用问题驱动和实例分析，助学生深化物理观念，提升探究能力，为教师提供结构化教学与检测工具。

第十二章　电能　能量守恒定律 第2节　闭合电路的欧姆定律 内容索引 学习目标 活动方案 检测反馈 学 习 目 标 内容索引 1. 知道非静电力，理解电源的电动势的定义和定义式． 2. 知道闭合电路的组成，能从能量的转化和守恒的角度推导闭合电路的欧姆定律． 3. 理解闭合电路欧姆定律的内容，会分析路端电压与负载的关系． 活 动 方 案 内容索引 活动一：知道非静电力，理解电源的电动势的定义和定义式 1. 如图所示为水流装置和电源装置，比较要形成水流和电流两装置的做功和能量转化情况，回答下列问题： 内容索引 (1) 水流装置中，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水管中形成水流，此过程是什么力做功？能量是如何转化的？要在A、B之间形成持续的水流必须加一个抽水机，保持A、B的水位差，在把水从B抽到A的过程中是其他力克服重力做功，能量又是怎么转化的？ 【答案】重力做正功，重力势能转化为其他能；其他能转化为重力势能． 内容索引 (2) 在金属导体中，能够自由移动的电荷是自由电子．但电流的方向为正电荷移动的方向，下面按正电荷的移动进行讨论．电源装置中，电源外部两极间存在电压形成电流，此过程是什么力做功？能量是如何转化的？要保持电源两极间稳定的电势差，电源是通过什么力做功实现的？能量又是如何转化的？ 【答案】电场力对电荷做正功，减少的电势能转化为其他形式的能；在电源内部，要靠非静电力作用于电荷克服电场力做功，将其他形式的能转化为电荷的电势能． 内容索引 (3) 非静电力是电源内使正、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．在电池中，非静电力是化学作用，它使____________转化为电势能；在发电机中，非静电力是电磁作用，它使____________转化为电势能． 化学能 机械能 内容索引 内容索引 (1) 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“3.8 V”字样．如果把1 C的正电荷分别从1.5 V干电池与3.8 V的手机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？哪种电池做功本领大？ 【答案】干电池：电势能增加了1.5 J，非静电力做功1.5 J．手机电池：电势能增加了3.8 J，非静电力做功3.8 J.3.8 V手机电池做功本领大． 内容索引 (2) 如图所示为一块手机电池的背面印有的一些符号，下列说法错误的是(　　) A. 该电池放电时能输出的总电荷量为1 800 C B. 该电池的电动势为3.6 V C. 若电池以10 mA的电流工作，可用50 h D. 若两块电池串联使用，电动势仍为3.6 V 【答案】D 内容索引 说明：(1) 电动势由电源中非静电力的特性决定．对于常用的干电池来说，电动势跟电池的体积无关．例如干电池不管是3号、5号、7号电池，虽然大小不一样，但是电动势都是1.5 V． 内容索引 活动二：知道闭合电路的组成，推导闭合电路的欧姆定律 由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路．用电器和导线组成外电路，电源内部是内电路． 1. 如图所示为闭合电路的组成． (1) 在外、内电路中，沿着电流方向，各点电势如何变化？ (2) 若电源电动势为E，电路中的电流为I，在t时间内非静电力做功多少？内、外电路中产生的焦耳热分别为多少？它们之间有怎样的关系？ (3) 闭合电路的电流I与电动势E、外电阻R和内电阻r的关系怎样？ 【答案】(1) 在外电路中沿电流方向电势降低；在内电路中沿电流方向电势升高． 内容索引 (2) EIt，I2rt，I2Rt，EIt＝I2Rt＋I2rt. 2. 闭合电路的欧姆定律 (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) 表达式：I＝____________． (3) 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____________之和． 电势降落 内容索引 3. 在如图所示的电路中，电源电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.6 Ω，电阻R1＝3 Ω，电阻R2＝4 Ω，电阻R3＝6 Ω.电压表为理想电表，闭合开关S，求： (1) 通过电源的电流大小； (2) 电源的内电压和电压表的示数． 内容索引 内容索引 活动三：理解闭合电路欧姆定律的内容，分析路端电压与负载的关系 我们常常把外电路中的用电器叫作负载，把外电路的电势降落叫作路端电压．负载变化时，电路中的电流就会变化，路端电压也随之变化． 1. 路端电压随外电阻的变化规律 对于确定的电源，电动势E和内阻r是一定的． 减小 增大 增大 减小 内容索引 (3) 两种特殊情况： ①断路：当外电路断开时，电流I变为______，U＝______，即断路时的路端电压等于____________． ②短路：当电源两端短路时，外电阻R＝0，此时电流I＝____． 2. 电源的U－I图像 (1) 根据闭合电路欧姆定律写出路端电压U与干路电流I之间的关系式，并画出U－I图像． 【答案】由E＝U＋U内及U内＝Ir得U＝E－Ir. U－I图像如图所示． 0 E 电源电动势 内容索引 (2) 写出U－I图像中直线与坐标轴U、I交点及斜率的意义． 【答案】当I＝0时，U＝E，因此与坐标轴U的交点表示电源的电动势；当外电阻为0时，U＝0，此时电路短路，电流最大，因此与坐标轴I的交点表示短路电流；斜率的绝对值表示电源的内阻． 内容索引 3. 用户供电简化原理图如图所示．电源的内阻不能忽略，当电路中负载增多时，灯泡的亮度会发生怎样的变化？请解释这一现象． 【答案】灯泡会变暗．由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，由并联电路的电阻规律可知，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律得知，干路电流增大，则内电压增大，故路端电压减小，电灯两端的电压变小，故灯泡均会变暗． 内容索引 内容索引 5. 阅读教材“拓展学习：电阻表的原理”，了解电阻表内部的结构，知道电阻表刻度盘上刻度不均匀的原因． 已知电源电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.5 Ω，小量程电流表的满偏电流为Ig＝10 mA，电流表内阻Rg＝7.5 Ω. (1)若用导线把A、B直接连起来，此时应把可变电阻R1调为多少才能使电流表恰好满偏？ (2)调到满偏后保持R1的值不变，在AB间接一个多大的电阻R0，才能使电流表指针指向刻度盘中间位置？ (3)保持R1的值不变，如果把任意电阻Rx接在A、B间，电流表读数Ix与Rx的值有什么关系？ (4)通过以上计算，你有何发现？ 内容索引 内容索引 总结：电阻表的测量原理是闭合电路欧姆定律，电阻表内部电路与外部被测电阻Rx一起组成闭合电路． 欧姆 0 内容索引 (2)红、黑表笔断开，如图乙所示，被测电阻Rx→∞，有I＝0，可以在I＝0处标电阻大小为“_______”． ∞ (4) 当Rx等于电阻表的内阻RΩ，即Rx＝Rg＋R1＋r时，指针偏转到 表盘中间，有I＝_______，此时，称为中值电阻． 内容索引 检 测 反 馈 内容索引 1 1. 关于电源电动势E，下列说法中错误的是(　　) A. 电动势E的单位与电势、电势差的单位相同，都是伏特(V) B. 干电池和铅蓄电池的电动势是不同的 D. 电动势越大，表示电源内部将其他形式的能转化为电能的本领越大 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 【答案】C 1 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 2. 单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，在内外电路中释放的总能量决定于(　　) A. 电源的电动势　　 B. 通过电源的电流 C. 路端电压的大小　　 D. 内外电阻之和 【解析】 单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，释放的总能量，就是电源提供给它的电能，在数值上等于电源的电动势，故A正确． 【答案】A 2 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 3. 如图所示是常用在电子手表和小型仪表中的锌汞电池，它的电动势约为1.2 V，这表示(　　) 3 A. 电路通过1 C的电荷量，电源把1.2 J其他形式的能转化为电能 B. 电源在每秒内把1.2 J其他形式的能转化为电能 C. 该电源比电动势为1.5 V的干电池做功少 D. 该电源与电动势为1.5 V的干电池相比，通过1 C电荷量时其他形式的能转化为电能多 【解析】 单位时间内做的功是功率，移动单位电荷量做的功是电动势，功是能量转化的量度，做了多少功就有多少能量发生转化，故A正确，B错误；W＝qE，电源做功的多少要看电路中通过了多少电荷量以及电源电动势的大小，C、D错误． 【答案】A 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 4. 在一次实验中，某同学通过测量两个电池的电流和电压，得到了如图所示的U－I图像，从图像中可以看出(　　) A. 电池a的电动势较大，内电阻较大 B. 电池a的电动势较小，内电阻较小 C. 电池b的电动势较小，内电阻较大 D. 电池b的电动势较大，内电阻较小 【解析】 U－I图像中，图线与纵坐标的交点为电源电动势，斜率的绝对值表示电源内阻大小，由此可知电池a的电动势较大，a的斜率的绝对值较大，则电池a的内阻较大，A正确，B、C、D错误． 【答案】A 4 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 5. 如图所示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8 Ω 5 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 【答案】A 5 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 6. 如图甲所示的电路中，电压表、电流表均为理想电表，当滑动变阻器的滑动触头滑动时，电压表的示数减小，得到的U－I图像如图乙所示，则(　　) 6 甲　　　　　　乙 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 【答案】C 6 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 7. 如图所示的电路中，开关S闭合后，时间t内经过A点的电荷量为q.下列说法错误的是(　　) A. S断开时，电源两端的电压为0 B. S闭合后，时间t内经过B点的电荷量为q C. S闭合后，时间t内非静电力做的功为qE 7 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 【答案】A 7 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 8. 小李同学用内阻Rg＝100 Ω、满偏电流Ig＝5 mA的毫安表及相关元件制作了一个简易电阻表，电路如图甲所示．该同学将两表笔短接，调节滑动变阻器R使毫安表指针满偏，然后将阻值为200 Ω的电阻接在两表笔之间，毫安表指针位置如图乙所示．求： (1)电阻表的内电阻R内； (2)内部电源的电动势E. 8 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 8 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 9. 如图所示的电路中，R1＝9 Ω，R2＝30 Ω，S闭合时，理想电压表V的示数为11.4 V，理想电流表A的示数为0.2 A，S断开时，理想电流表A的示数为0.3 A，求： 9 (1) 电阻R3的值； (2) 电源电动势E和内阻r的值． 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 9 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 10. 如图所示，电源电动势为11 V，内阻为1 Ω，电阻R1为1 Ω，R2为12 Ω.开关闭合后，电动机恰好正常工作．已知电动机额定电压U为6 V，线圈电阻RM为0.5 Ω.求： (1)此时通过电源的电流强度I； (2)电动机正常工作时产生的机械功率是多大？ 10 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 10 内容索引 2 4 5 3 7 6 8 1 9 10 谢谢观看 Thank you for watching 2. 在物理学中，我们用非静电力所做的功与所移动的电荷量之比来表示电源的这种特性，叫作电动势．电动势的定义式：E＝，单位是伏特，用“V”表示．电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量． 【解析】 由电池铭牌可知B正确；由q＝500 mA·h 得q＝500×10-3 A×3 600 s＝1 800 C，A正确；由q＝It得t＝＝ s＝1.8×105 s＝50 h，C正确；两块电池串联使用时，E总＝2E＝7.2 V，D错误．故选D. (2) 通常在电源内部也存在电阻，叫内电阻，简称内阻，常用r表示．①n个完全相同的电源串联：电源的总电动势E总＝nE，电源的总内阻r总＝nr.②n个完全相同的电源并联：电源的总电动势E总＝E，电源的总内阻r总＝. (3) E＝IR＋Ir或I＝. 【答案】(1) 闭合开关S时，R2、R3并联后与R1串联，则R2、R3并联电阻R23＝＝2.4 Ω， 干路电流I＝＝0.25 A． (2) 电源的内电压Ur＝Ir＝0.15 V， 电压表的示数即为R2、R3的并联电压， U＝IR23＝0.6 V． (1) 当外电阻R增大时，由I＝ 可知电流I_______，路端电压U＝E－Ir_______． (2) 当外电阻R减小时，由I＝ 可知电流I_______，路端电压U＝E－Ir_______． 4. 现有几个常用公式：E＝U外＋U内，I＝，U＝E－Ir，I＝.请写出这些公式的适用范围． 【答案】E＝U外＋U内，U＝E－Ir适用于任何电路，而I＝ 及I＝ 仅适用于纯电阻电路． 【答案】(1) 由Ig＝可得，R1＝－(Rg＋r)＝142 Ω. (2) ＝，解得R0＝150 Ω. (3) Ix＝， 解得Rx＝－150(Ω). (4) Rx与Ix一一对应，若把电流表的电流刻度都按Rx＝－150(Ω)的规律转换成电阻刻度，就可制成一个能直接测量电阻的仪器． (1)红、黑表笔短接，如图甲所示，被测电阻Rx＝0时，调节调零电阻R1，使电流表指针达到满偏，有I＝Ig＝＝，这一过程叫_________调零．满偏电流Ig处可标电阻大小为“_________”． (3)当Rx为0到∞之间某一数值时，如图丙所示，Ix＝＝，每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与I值对应的Rx值． C. 电动势E可表示为E＝，可知电源内非静电力做功越多，电动势越大 【解析】 电动势E的单位与电势、电势差的单位相同，都是伏特(V)，故A正确；干电池的电动势为1.5 V，而铅蓄电池的电动势大小是2 V，故B正确；电动势E可表示为E＝，可知电源内非静电力移送单位正电荷做功越多，电动势越大，C错误；电动势表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小，电动势越大，表示电源内部将其他形式的能转化为电能的本领越大，D正确．故选C. A. 滑动触头向右滑动 B. 电源内阻为 Ω C. 电源短路时电流为10 A D. 电路路端电压为1.5 V时，电路中电流为5.0 A 【解析】 外电阻越小，路端电压越小，可知滑动变阻器滑动触头向左滑动，A错误；根据闭合电路欧姆定律可知U＝E－Ir，可见U－I图像的纵轴截距表示电源的电动势，图像斜率的绝对值表示电源的内电阻r，由图乙可得电动势为E＝2 V，内阻为r＝||＝0.2 Ω，B错误；当外电阻为0时，电源短路，则短路电流I短＝＝10 A，C正确；当U＝1.5 V时，由U＝E－Ir，可得I＝＝2.5 A，D错误． D. S闭合后，时间t内内电路产生的内能为 【解析】 S断开时，电源两端的电压等于电源的电动势，A错误；S闭合后，时间t内经过B点的电荷量等于通过A点的电荷量，即为q，B正确；S闭合后，时间t内非静电力将电荷量为q的电荷由电源的负极移向正极，则做的功为qE，C正确；S闭合后，时间t内内电路产生的内能为Q＝I2rt＝rt＝，D正确．故选A. 【答案】(1) 将两表笔短接，调节滑动变阻器R使毫安表指针满偏，根据闭合电路欧姆定律有 Ig＝5 mA＝， 由图乙可知，将阻值为200 Ω的电阻接在两表笔之间时，电流为3 mA，由闭合电路欧姆定律有I＝3 mA＝， 联立解得R内＝300 Ω. (2) 将R内＝300 Ω代入得E＝1.5 V． 【答案】(1) S闭合时，R2两端电压U2＝I2R2＝6 V， 所以R1两端电压为U1＝U－U2＝5.4 V， 流过R1的电流I1＝＝0.6 A， 流过电阻R3的电流I3＝I1－I2＝0.6 A－0.2 A＝0.4 A， 所以电阻R3的阻值R3＝＝15 Ω. (2) 由闭合电路欧姆定律， 当S闭合时，E＝U＋I1r， 当S断开时，E＝I(R1＋R2＋r)， 代入数据解得E＝12 V，r＝1 Ω. 【答案】(1) 设流过干路的电流为I，根据闭合电路的欧姆定律有E＝U＋I(R1＋r)， 解得此时通过电源的电流强度为I＝2.5 A． (2) 设流过R2的电流为I2，则有I2＝＝0.5 A， 流过电动机的电流为IM＝I－I2＝2 A， 电动机的输入功率为P入＝UIM＝12 W， 电动机的发热功率为P热＝IRM＝2 W， 电动机的机械功率为P机＝P入－P热＝10 W． $