12.2 闭合电路的欧姆定律（培优教学课件）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，通过旧电池测电压1.5V却不亮灯、并联灯泡更暗等生活问题导入，衔接初中电路知识，引出电动势、内阻等核心概念，搭建从已知到未知的学习支架。 其亮点在于以能量守恒推导定律，结合“串反并同”等方法分析动态电路，培养科学思维。融入锂电池、电动汽车等实例，强化物理观念与科学态度。典例与分层练习助力学生应用，教师可参考重点难点及教学方法提升效率。

2.闭合电路的欧姆定律 第十二章 电能 能量守恒定律 人教版必修第三册 导入新课 用多用电表测旧电池电压仍是1.5V，但是接小灯泡确不亮，这是为什么？两个电路中小灯泡的规格都相同，电池也相同。多个并联的小灯泡的亮度明显比单独一个小灯泡暗。如何解释这一现象呢？ 不同的电源对电路提供的能量一样吗？与哪些因素有关呢？ 物理观念 理解闭合电路欧姆定律，知晓电源电动势、内阻意义。 科学思维 分析电路动态变化，掌握电路定量计算方法。 科学态度 与责任 结合生活电路实例，提升知识应用能力。 学习目标 重点 闭合电路欧姆定律公式及动态电路分析。 难点 电源路端电压与负载的关系，复杂电路计算。 重点难点 1. 闭合电路与电动势 2. 闭合电路欧姆定律及其能量分析 3. 路端电压与负载关系 4. 功率与效率 5. 闭合电路的动态分析 6. 课堂总结 7. 练习与应用 第2节 闭合电路的欧姆定律 学习内容 一、闭合电路与电动势 第2节 闭合电路的欧姆定律 1、闭合电路的概念 由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路。 内电路： 电源内部的电路 内阻r（纯电阻）： 内电路的电阻。 内电压U内： 内电路上的电势的降落。 电流方向： 负极流向正极 外电路： 电源外部的电路 外电阻R： 外电路的电阻。 路端电压（外电压）U外： 外电路两端的电压。 电流方向： 正极流向负极 二.电动势 在电源的内部，就一定有一种与静电力方向相反的力作用于电荷才行。我们把这种力叫作非静电力。 问题1：电源外部，电场的方向是怎样的？在电场力的作用下正电荷将怎样移动？ 问题2：电源内部，电场的方向是如何？电场力的方向如何？这个力是有利用还是阻碍正电荷向正极运动？ 问题3：那怎么样才能使得正电荷从负极移动到正极呢？ 金属导体中，能够自由移动的电荷是自由电子，但是电流的方向是正电荷的定向移动，以正电荷的移动进行讨论比较方便。 电场的方向从正极指向负极从正极到负极 电场和电场力的方向都是从正极到负极，阻碍正电荷向正极移动 2、内外电路分析 问题4：电路中的能量是如何转化的？ 外电路中，用电器把电能转化为其他能量;内电路中，非静电力把其他形式的能量转化为电能。 问题5：电源内部的非静电力是由什么提供的？ 在干电池中，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，它使机械能转化为电势能。 3、非静电力 非静电力 (1)非静电力的作用：把正电荷由负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，将其他形式的能量转化为电能。 (2)非静电力的实质：在电池中是指化学作用，在发电机中是指电磁作用。 (3)从力的角度，非静电力是电荷在电源内部受到的除静电力之外的其它力的统称。 3、非静电力 作用：使电路中产生持续电流（或电路两端保持一定电压）。 在外电路中，电能转化为其他形式能；在内电路中，其他形式能转化为电能。 电源：电源就是通过非静电力做功，把其他形式的能转化为电能（电势能）的装置。 不同的电源非静电力做功的本领是不同的，使单位正电荷所增加的电势能不同。我们用电动势来表达电源的这种特性。 4、电源 5、电动势 1.定义：非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的功跟被搬运的电荷量的比值。 数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。 2.定义式： （W：非静电力做的功 q：电荷量） 3.单位： 伏特（V） 1 V=1 J/C 标量 4.物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电势能本领的大小。 5.特点:由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积和外电路均无关。 例如：干电池的电动势为1.5V：表明在干电池内移送1C的电荷量时，可将1.5J的化学能转化为电势能。 手机电池的电动势为3.7V：表明在手机电池内移送1C的电荷量时，可将3.7J的化学能转化为电势能。 6、常见电源 3.电池的容量:电池放电时能输出的总电荷量。 单位：安·时(A·h) 毫安·时(mA·h) 1.电源的电动势E。 2.电源的内阻:电源的内部也是由导体组成的，所以也有电阻,用符号r表示。 与电压一样吗？ 例如：15Ah的蓄电池以1.5A电流为用电器供电，大约可以工作10h。 6、电源参数 例1 关于电源电动势，以下说法正确的是( ) A. 电源电动势等于电源两极间的电压 B. 电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大 C. 电动势是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源、电动势不同 D. 电动势、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同 7、典例分析 [解析]选C。电源电动势在数值上等于电源未接入电路时两极间的电压，故 错误；非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，电动势越大，不是把其他形式的能转化为电能越多，电动势越大，故 错误；电动势是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源电动势不同， 正确；电动势和电势差的物理意义不同，故 错误。 7、典例分析 二、闭合电路欧姆定律及其能量分析 第2节 闭合电路的欧姆定律 1、电路的电流与电势 在外电路中，电流方向由正极流向负极。沿电流方向电势降低。 在内电路中，通过非静电力做功使正电荷由负极移到正极，所以电流方向由负极流向正极。一方面，存在内阻，沿电流方向电势也降低；另一方面，由于非静电力作用，沿电流方向存在电势“跃升” 内电路与外电路中的总电流是相同的。 外电路电阻称为外电阻，用R表示； 内电路电阻称为内电阻，用r表示； 对于闭合电路来说，内、外电路都会出现电势降低，电势能减少。那么，电流I跟电源电动势E即内阻r、外电路电阻R之间会有怎样的关系呢？ 实际的电源可分解成不计内阻的理想电源和一个内阻两部分 1、电路的电流与电势 W非静电力=qE=IEt 1.合上开关，电路中有电流的同时伴随能量的转化，在时间t内，有多少化学能转化为电能？ 3.电流流经内电阻r时，在时间t内转化的内能？ 2.电流流经外电阻R时，在时间t内转化的内能？ 外电路产生电热为：Q外=I2Rt 内电路产生电热为：Q内=I2Rt 2、闭合回路能量关系 以上各能量之间有什么关系？ 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=Q外+Q内 IEt=I2Rt+I2rt E=IR+Ir 适用范围：外电路为纯电阻的电路 3、闭合回路欧姆定律 闭合电路中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，这个结论叫作闭合电路欧姆定律。 E＝U外＋Ir E＝U外＋U内 E＝IR＋Ir U外＝E－Ir 路端电压 内电压 表达式 物理意义 适用条件 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 EIt＝I2Rt＋I2rt ④ W＝W外＋W内 ⑤ 电源提供的总能量等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和 ④式适用于纯电阻电路，⑤式普遍适用 4、闭合回路的欧姆定律的表示形式 例2：一电池外电路断开时的路端电压为 ，接上 的负载电阻后路端电压降为 ，则可以判定电池的电动势 和内阻 为( ) A. ， B. ， C. ， D. ， 5、典例分析 [解析]选B。电池外电路断开时的路端电压为 ，则电池的电动势 ，当电源接上 的负载电阻后路端电压降为 ，电路中的电流为 ，电源的内阻 ，故 正确。 5、典例分析 例3： 在如图所示的电路中， ， ，当开关 扳到位置1时，电流表的示数为 ；当开关 扳到位置2时，电流表的示数为 ，求电源的电动势和内电阻。 5、典例分析 [答案] [解析]设电源的电动势为 ，内阻为 ，当开关分别扳到1、2两个位置时，根据闭合电路欧姆定律列出方程 ① ② 代入数据解得 ， 。 5、典例分析 三、路端电压与负载关系 第2节 闭合电路的欧姆定律 1、路端电压与负载的关系 外电路中的用电器叫负载。 外电路的电势降落叫路端电压。 负载 电路中电源电动势E和内阻r是一定的，负载变化时候，电路中的电流会发生变化，路端电压也随之变化。 路端电压随负载如何变化呢？ 1、路端电压与负载的关系 1、图像的函数表达式 ②在横轴上的截距表示电源的短路电流 ③图像斜率的绝对值表示电源的内阻，内阻越大，图线倾斜得越厉害。 ①在纵轴上的截距表示电源的电动势E。 2、图像的物理意义 U I O E Im θ 断路 短路 r=0 2、路端电压U随电流I变化的图像 由 可知， 图像是一条斜向下的直线 3、图线中某点横、纵坐标的乘积 为电源的输出功率，即图中矩形的面积表示电源在路端电压为 时的输出功率。 1.断路时: 2.短路时: U外=I R外= E R外+r • R外 = E 1+ r R外 不允许外电路短路。 在电源末接入电路的情况下，用电压表直接测量电池两极所得到的数值，近似等于电源电动势的大小。 短路(R=0) 断路(R→∞ I=0) 3、断路和短路 1.a为电源的U-I图像，b为外电阻的U-I 图像； 2.a的斜率的绝对值表示内阻大小；b的斜率 表示外电阻的大小； 3.a与纵轴的交点坐标表示电源的电动势； 4.两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压; 5.交点和原点之间的矩形UMOI的面积表示电源的输出功率。 4、电源的U-I图像与电阻的U-I图像 例4：如图所示的 图像中，直线①为某电源的路端电压与电流的关系图线，曲线②为某一电阻 的 图线，用该电源直接与电阻 连接成闭合电路。由图像可知( ) A. 此状态下 的阻值为 B. 电源电动势为 ，内阻为 C. 电源的输出功率为 D. 电源内部消耗功率为 5、典例分析 [解析]选D。由图像交点坐标，可得此状态下 的阻值为 ，故 错误；根据 图像可得，电源电动势为纵截距 ，根据闭合电路欧姆定律可得 ，解得内阻 ，故 错误；电源的输出功率为 ，故 错误；电源内部消耗功率为 ，故 正确。 5、典例分析 四、功率与效率 第2节 闭合电路的欧姆定律 1、闭合电路的功率和效率 电源提供的功率： 电源的输出功率： 电源内阻上的热功率： 供电效率: 对纯电阻电路,电源的效率为: R增大时电源效率提高 O R P r Pm 电源最大输出功率： 输出功率：P出=P- P内=IE- I2r=I U外= I2 R外 （外电阻为纯电阻电路） 当R=r时,电源输出功率最大 , 但效率只有百分之五十。 2、电源的最大输出功率 例5：如图所示，电源电动势为 ，内阻为 ，一个线圈电阻为 的电动机与“ ， ”的灯泡串联。电动机正常工作，灯泡也正常发光，下列说法正确的是( ) A. 电动机两端的电压为 B. 电路中的电流为 C. 电动机的输出功率为 D. 电动机的工作效率为 3、典例分析 [解析]选C。灯泡正常发光，可知电路中的电流为 ，故 错误；根据闭合电路欧姆定律可得 ，解得电动机两端的电压为 ,则电动机的输入功率 ，电动机的输出功率为 ,故电动机的工作效率为 ，故 、 错误， 正确。 3、典例分析 五、闭合电路的动态分析 第2节 闭合电路的欧姆定律 动态电路的特点：断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动、电阻增大或减小，导致电路电压、电流、功率等的变化。 1、动态电路的特点与分析方法 思考：闭合开关S，将外电路的滑动变阻器R向左移动(增大R)，观察电压表的示数将会做什么变化？ R I U内 U外 E. r 一定 I = E R+r U内= Ir E=U外+U内 R I U内 U外 E. r 一定 I = E R+r U内= Ir E=U外+U内 若R向右移动呢？ 结论：路端电压随着外电阻的增大（减小）而增大（减小）。 (2)极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。 动态电路分析的常用方法 U分 R局 增大 减小 → R总 增大 减小 → I总 增大 减小 → U总 增大 减小 → I分 (1)程序法： (3)结论法：“串反并同” 2、动态电路的分析方法 1.“串反”是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大; 2.“并同”是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。 1.在闭合电路中，任何一个电阻的增大(或减小)，都将引起电路总电阻的增大(或减小)。 2.理想电压表可认为是断路，理想电流表可认为是短路。 “串反并同” 2、动态电路的分析方法 例6：如图所示的电路中， 为光敏电阻，其电阻值随光照强度增大而减小，则阴天与晴天相比，下列说法正确的是( ) A. 电流表的示数较大、电压表的示数较大 B. 电流表的示数较大、电压表的示数较小 C. 电流表的示数较小、电压表的示数较小 D. 电流表的示数较小、电压表的示数较大 3、典例分析 [解析]选A。由题意可知，阴天与晴天相比，光照强度较小， 阻值较大，闭合电路的总电阻较大，由闭合电路欧姆定律 可知总电流较小，设此时电压表读数为 ，则根据电路分析可知 ，则电压表的示数较大，设通过 的电流为 ,则应有 ,因此电流表的示数较大， 正确。 3、典例分析 六、课堂总结 第2节 闭合电路的欧姆定律 五、课堂总结 闭合电路的欧姆定律 电动势 非静电力做功 路端电压与负载的关系 闭合电路的能量转化 内电路 外电路 总电能 能量守恒 闭合电路欧姆定律 闭合电路欧姆定律 路端电压 断路 短路 电路的动态分析 电源的输出功率 串反并同 程序分析法 结论分析法 整体局部整体 七、练习与应用 第2节 闭合电路的欧姆定律 七、练习与应用 1. 电源电动势的大小反映的是( ) A. 电源把电能转化成其他形式的能的本领大小 B. 电源把其他形式的能转化为电能的本领大小 C. 电源单位时间内传送电荷量的多少 D. 电流做功的大小 七、练习与应用 [解析]选 。电源电动势表示电源把其他形式的能转化为电能的本领的大小，在数值上等于非静电力将 的正电荷在电源内部从负极移到正极所做的功，故 、 错误， 正确；电源单位时间内传送电荷量的多少，表示的是电流大小，故 错误。 七、练习与应用 2. 如图所示，电阻 、 、 的阻值相等，电池的内阻不计，开关 接通后流过 的电流是 接通前的( ) A. B. C. D. 七、练习与应用 [解析]选 。设电源电动势为 ， ，则 接通后， ， 断开时， ，所以 ，故 正确。 3. 如图所示，这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 B. 电源的内阻为 C. 电源的短路电流为 D. 外电路接入了一个阻值是 的电动机，电路中的电流一定为 七、练习与应用 七、练习与应用 [解析]选 。 图像的纵截距表示电路电流为零时，即处于断路时路端电压，此时路端电压等于电源电动势，故电源电动势为 ， 正确；图线的斜率表示内阻，故有 ， 错误；电源短路电流，即外电阻为零，路端电压为零时的电流，所以短路电流 ， 错误；因为电动机是非纯电阻，所以不能根据欧姆定律计算， 错误。 4. 在如图所示的电路中，灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的。现在突然发现灯泡A比原来变暗了些，灯泡B比原来变亮了些，则电路中出现的故障可能是( ) A. 断路 B. 短路 C. 断路 D. 、 同时短路 七、练习与应用 七、练习与应用 [解析]选 。若 断路，外电阻增大，路端电压 增大， 、 两灯的电压和电流均增大，两灯均变亮，故 错误；若 短路，外电阻减小，总电流增大，路端电压减小，通过 的电流减小，则通过 灯的电流增大， 灯变亮,通过 灯的电流增大， 灯变亮，故 错误； 断路，外电阻增大，路端电压 增大，干路电流 减小，通过 的电流 增大，则通过 的电流 减小， 灯变暗， 灯两端电压 增大， 灯变亮，故 正确； 短路， 灯被短路了，将会不亮，故 错误。 5. （多选）在如图所示的电路中，电源电动势为 ，电源内阻为 ，电路中电阻 为 ，小型直流电动机 的内阻为 。闭合开关 后，电动机转动，理想电流表的示数为 ，则以下判断正确的是( ) A. 电动机两端的电压为 B. 电动机的输出功率为 C. 电动机的发热功率为 D. 电动机的工作效率约为 七、练习与应用 七、练习与应用 [解析]选 。电动机两端的电压 ,故 正确；电路中电流表的示数为 ，所以电动机的总功率为 ，电动机的发热功率为 ,所以电动机的输出功率为 ,则电动机的工作效率 ,故 、 错误， 正确。 感谢观看 Thank you for listening Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $