第十二章 2 第2课时 路端电压与负载的关系 电阻表的原理（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高二物理必修第三册学习笔记（人教版）

该高中物理课件聚焦路端电压与负载的关系、电源U-I图像及电阻表原理，通过具体电路计算（如E=10V、r=1Ω时不同外电阻下路端电压）引导规律，结合闭合电路欧姆定律公式推导，搭建前后知识衔接的学习支架。 其亮点在于以物理观念（U=E-Ir公式）为核心，通过科学思维（多灯并联变暗现象分析）和科学探究（电阻表满偏半偏推导）深化理解，如U-I图像斜率与内阻关系、电阻表刻度不均匀推导实例。助力学生构建电路模型，教师可借助系统练习提升教学效率。

路端电压与负载的关系　电阻表的原理 第2课时 第 十 二 章 　 2 1.理解路端电压与负载的关系，并能进行相关计算(重点)。 2.通过探究电源两端电压与电流的关系，体会图像法在研究物理问题中的作用(重点)。 3.知道电阻表测量电阻的原理，了解电阻表内部结构和刻度特点(重难点)。 学习目标 内容索引 课时对点练 一、路端电压与负载的关系 二、电源的U-I图像 三、电阻表的原理 < 一 > 路端电压与负载的关系 在如图所示的电路中，电源的电动势E=10 V，内阻r=1 Ω，试求当外电阻分别是3 Ω、4 Ω、9 Ω时所对应的路端电压。通过数据计算，你发现了怎样的规律？ 答案　路端电压分别为7.5 V、8 V、9 V；随着外电阻的增大，路端电压逐渐增大。 1.外电路中的用电器叫作 ，外电路的电势降落叫作 。负载变化时，电路中的电流就会变化，路端电压也随之变化。 2.根据闭合电路的欧姆定律 E=U外+U内，若将U外记为路端电压 U，考虑到U内= Ir，则U=E-Ir。 3.对纯电阻电路，路端电压U与外电阻R的关系： 当外电阻R增大时，由I=可知，电流I ；由U=E-Ir可知，U ；当外电阻R减小时，电流I ，U 。 结论：路端电压随着外电阻的增大而 ，随着外电阻的减小而 。 梳理与总结 负载 路端电压 减小 增大 增大 减小 增大 减小 1.两个电路中的电池相同，小灯泡的规格也相同，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？ 思考与讨论 答案　当多个灯泡并联时，外电阻R减小，由I=可知，总电流I增大，由U外=E-Ir可知，路端电压减小，灯泡两端电压减小，所以变暗。 2.当外电路断开时，路端电压是多少？当电源两端短路时，路端电压是多少？电流会是无穷大吗？ 答案　当外电路断开时，R→∞，U内=0，U外=E；当电源两端短路时，R=0，I=(称为短路电流)，U外=0。一般r很小，所以短路电流很大，但不是无穷大。 　如图所示，电源的电动势E=1.5 V，内阻r=0.5 Ω，电阻R1=R2，当开关S1闭合、S2断开时，通过电源的电流为1 A。求： (1)开关S1闭合、S2断开时的路端电压； 例1 答案　1 V　 由闭合电路的欧姆定律可知，路端电压为U1=E-Ir=1.5 V-1×0.5 V=1 V (2)当开关S1、S2都闭合时，通过电源的电流和路端电压。 答案　1.5 A　0.75 V 当开关S1闭合、S2断开时，由闭合电路的欧姆定律可知E=I(R1+r)，解得R1=1 Ω 当开关S1、S2都闭合时，外电路总电阻为 R==0.5 Ω 通过电源的电流为 I1== A=1.5 A 路端电压为U2=E-I1r=1.5 V-1.5×0.5 V=0.75 V。 返回 < 二 > 电源的U-I图像 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 1.公式：U = 。 2.图像：U-I图像是一条倾斜的直线。 3.纵轴上的截距：表示电源的 ； 横轴上的截距：表示电源的短路电流，I短=I0= 。 4.图像斜率的绝对值：表示电源的 ，r== 。 梳理与总结 E-Ir 电动势E 内阻 || 比较图线1和2，说明电源1和电源2电动势及内阻大小关系。 思考与讨论 答案　由闭合电路欧姆定律知E=U+Ir，即U=E-Ir。当I=0时U=E，即U-I图线中纵轴截距表示电源电动势，两电源的电动势相等。内阻r=||，即U-I图线的斜率的绝对值表示电源的内阻，由题图知内阻r1<r2。 　(多选)如图所示为某一电源的U-I图像，由图可知 A.电源电动势为2.0 V B.电源内阻为 Ω C.电源短路时电流为6.0 A D.路端电压为1.0 V时，电路中电流为5.0 A 例2 √ √ 由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir知，当I=0时，U=E，由题图知电源电动势为2.0 V，故A正确； 电源的内阻r=||= Ω=0.2 Ω，故B错误； 电源短路时电流I短==10.0 A，故C错误； 当路端电压为1.0 V时，电路中电流I'== A=5.0 A，故D正确。 　(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 例3 √ √ 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。 若U-I图像纵轴的取值不是从0开始，纵轴上的截距仍然表示电源的电动势E，图线斜率的绝对值仍然表示电源的内阻，但横轴截距不表示短路电流。 总结提升 返回 < 三 > 电阻表的原理 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？ 答案　由Ig=可得，R1=-(Rg+r)=142 Ω (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？ 答案　=，解得R0=150 Ω (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？ 答案　Ix=，Rx=-150(Ω) (4)通过以上计算，你有何发现？ 答案　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。 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。 梳理与总结 (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 。满偏电流Ig处可标电阻大小为“ ”。 欧姆调零 0 (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“ ”。 (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。 (4)当Rx= 时，指针偏转到表盘中间，有I=，此时Rx等于电阻表的 ，称为中值电阻。 ∞ Rg+R1+r 内阻RΩ 　电阻表的工作原理图如图所示。 (1)若表头的满偏电流为Ig=500 μA，干电池的电动势为1.5 V，把灵敏电流表的电流刻度值对应的电阻表电阻填在下表中： 例4 电流刻度 0 200 μA 300 μA 500 μA 电阻刻度 ∞ 　　   　　   　   4.5×103 Ω 2×103 Ω 0 对应电流“0”刻度的电阻刻度为“∞”，对应满偏电流“500 μA”刻度的电阻刻度为“0”，所以欧姆调零时，由闭合电路的欧姆定律有Ig= ，解得电阻表总内阻R内=Rg+r+R0==3 000 Ω。 测量电阻Rx时有I=，得Rx=-R内， 当I=200 μA时，Rx=-3 000 Ω=4.5×103 Ω，当I'=300 μA时，Rx'=-3 000 Ω=2×103 Ω。 (2)这只电阻表的总内阻为　　　 Ω，表针偏转到满刻度的时，待测电阻为　　　 Ω。  3 000 6 000 由(1)知电阻表总内阻为3 000 Ω，当表针偏转到满刻度的处时，通过电阻表的电流I″== A。 Rx″=-R内=6 000 Ω。 返回 < 四 > 课时对点练 题号 1 2 3 4 5 6 答案 D D (1)0.5 A　(2)5.0 V D AD ABD 题号 7 答案 (1)将红黑表笔短接，调节可调电阻R1，使电流表的指针满偏　191 Ω　(2)不均匀，理由见解析　(3)200 Ω 题号 8 9 10 11 答案 B A (1)黑表笔　电流表　6.3 A　696 V (2)×10　重新欧姆调零　120 (1)28.0　130　(2)红　×1　2 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 考点一　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 基础对点练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 2.卫星在工作时用太阳能电池供电，太阳能电池由许多片电池板组成。某电池板断路电压是800 mV，短路电流为40 mA，若将该电池板与阻值为20 Ω的电阻连成一闭合电路，则它的路端电压是 A.0.10 V B.0.20 V C.0.30 V D.0.40 V √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 由题意可知，电池板电动势E=0.8 V，内阻r== Ω=20 Ω，当接入R=20 Ω电阻时U=E=0.40 V，故选D。 3.如图所示，电源电动势E=6.0 V，电源内阻r=2.0 Ω，定值电阻R1=4.0 Ω，R2=6.0 Ω，求： (1)闭合开关S后，流过电源的电流大小； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 答案　0.5 A　 由闭合电路欧姆定律，可得流过电源的电流大小I== A =0.5 A (2)电源的路端电压。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 答案　5.0 V 由闭合电路欧姆定律，可得电源的路端电压 U=E-Ir=6.0 V-0.5×2.0 V=5.0 V。 考点二　电源的U-I图像 4.某实验小组的同学根据闭合电路欧姆定律测量电源的电动势和内阻的实验时，记录了多组实验数据，并描绘了如图所示的U-I图像(U为路端电压，I为电路中的干路电流)。下列说法正确的是 A.电源的电动势为0.8 V B.电源的内阻为 Ω C.导线直接接在电源正负极，电流为0.6 A D.图线斜率的绝对值表示电源的内阻，即为2 Ω √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 在U-I图像中，在U轴的截距表示电路中电流为零时的路端电压，即为电源电动势，则电源的电动势为2 V，A错误； 图线斜率的绝对值表示该电源的内阻，即为r=||=|| Ω=2 Ω，B错误，D正确； 导线直接接在电源正负极，电源短路，由题图可知，U轴取值不从0开始，则I轴截距不表示短路电流，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 5.(多选)如图所示为两个不同闭合电路中两个不同电源的U-I图像。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化量相同时，电源2的路端电压变化较大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 √ 电源U-I图像中与U轴的截距表示电源的电动势，电动势E1=E2，U-I图像与I轴的截距表示短路电流，故发生短路时的电流I1>I2，而斜率的绝对值表示内阻，故内阻r1<r2，故B、C错误，A正确； 根据U=E-Ir可知，ΔU=-r·ΔI，内阻r1<r2，故当两电源的工作电流变化量相同时，电源2的路端电压变化较大，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 考点三　电阻表原理 6.(多选)如图所示为电阻表的原理图，表头内阻为Rg，调零电阻为R，电池的电动势为E，内阻为r，则下列说法中正确的是 A.它是根据闭合电路的欧姆定律制成的 B.接表内电池负极的应是红表笔 C.电阻的“∞”刻度一般在刻度盘的右端 D.调零后刻度盘的中央刻度值是r+Rg+R √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 √ √ 7.(2024·蚌埠市高二期末)如图为电阻表的原理图。电源的电动势E=2 V，内阻r=1 Ω，电流表的满偏电流Ig=10 mA，内阻Rg=8 Ω，R1为可调电阻，A、B为红黑表笔。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 (1)使用前，先要对其进行调零，简述正确的调零过程，并求出完成调零后R1的阻值。 答案　将红黑表笔短接，调节可调电阻R1，使电流表的指针满偏　191 Ω　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 将红黑表笔短接，调节可调电阻R1，使电流表的指针满偏；短接后，由闭合电路的欧姆定律，得Ig= 解得R1=191 Ω (2)保持R1的阻值不变，将待测电阻Rx接在A、B之间，将此时的电流表刻度值I转化成对应的Rx，表盘刻度就变成了电阻刻度，请分析说明电阻刻度是否均匀？ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 答案　不均匀，理由见解析　 由闭合电路的欧姆定律，得I= 得Rx=(-200) Ω 由于电流表的刻度I是均匀的，由上式可知Rx与I是非线性关系，故Rx的刻度是不均匀的； (3)求该电阻表表盘中央刻度表示的电阻值。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 答案　200 Ω 指针指在中央刻度时，电流I中=Ig 由闭合电路的欧姆定律，得 I中= 联立解得R中=200 Ω。 8.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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 能力综合练 √ 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、并联知识可知正确答案为B。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 9.如图是一个将电流表改装成电阻表的示意图。此电阻表已经调零，用此电阻表测一阻值为R的电阻时，指针偏转至满偏刻度的处。现用该表测一未知电阻，指针偏转到满偏刻度的处，则该电阻的阻值为 A.4R B.5R C.10R D.16R √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 电阻表调零时，Ig=，用电阻表测一阻值为R的电阻时，指针偏转至满偏刻度的处，有Ig=，解得R=R内，用该表测一未知电阻，指针偏转到满偏刻度的处，则有Ig=，解得R'=2R内，可知R'=4R，故A正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 10.(2024·汕尾市高二期末)如图甲所示是指针式多用电表的电路简图，它由表头G、直流电流测量电路、直流电压测量电路、电阻测量电路以及选择开关S等部分组成，小兰和实验小组成员一起练习使用多用电表，设计了如下实验： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 (1)图甲公共端接入的是　　　　(选填“红表笔”或“黑表笔”)，选择开关接到“2”时是　　 　(选填“电流表”或“电压表”)，已知电流计G的量程是300 mA，内阻是220 Ω，电阻R1+R2=11 Ω，R3=100 Ω，则选择开关接到“2”时的量程是　　　、选择开关接到“3”时的量程是　　　。  黑表笔 电流表 6.3 A 696 V “红进黑出”，公共端接入的是黑表笔；选择开关接到“2”时，R1与R2组成的串联支路和电流计G并联，起分流作用，所以是电流表；通过电阻R1与R2组成串联支路的电流I==6 A 电流表的量程为I2=I+IG=6.3 A 接到“3”时是电压表，电压表的量程为U=IGRG+I2R3=696 V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 (2)小兰同学用多用电表测量电阻时采用“×100”倍率，结果多用电表表盘指针位置如图乙中虚线所示，为了使测量更加准确，这时应该采用 　 　(填“×10”或“×1k”)倍率，换完倍率以后需要　　 　，如果此时读数如图乙中实线所示，则读数是　　　 Ω。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 ×10 重新欧姆调零 120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 指针指到表盘靠近中间位置时比较准确，虚线所指电阻较小，改用“×10”倍率； 根据欧姆表的使用规则，换完倍率以后需要重新进行欧姆调零； 指针所指为12，再乘以倍率10，所以读数为120 Ω。 尖子生选练 11.(2024·内蒙古高二期中)徐同学在练习使用多用电表，某次测量时指针的位置如图甲所示。 (1)若该同学是用直流50 mA挡测量电流，则读数为　　　 mA；若是用“×10”挡测量电阻，则读数为　　 Ω。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 28.0 130 该同学是用直流50 mA挡测量电流，此时最小刻度值是1 mA，所以读数是28.0 mA。若是用“×10”挡测量电阻，则读数为130 Ω。 (2)徐同学通过查找资料，发现电阻表内部电路结构如图乙所示。它有两个倍率，分别是“×1”和“×10”。则表笔A是　　(填“红”或“黑”)表笔；开关S闭合时，电阻表的倍率为　　 (填“×1”或“×10”)；已知表头G的内阻Rg=18 Ω，则定值电阻R1=　　 Ω。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 红 ×1 2 返回 根据电阻表“红进黑出”，可知表笔A是红表笔。 电流表G和电阻R1并联改装成新的电流表，设满偏电流为Ig，由闭合电路欧姆定律有电阻表的中值电阻为R中=R内=，可见满偏电流Ig越大，中值电阻越小，开关S闭合时，改装的电流表满偏电流Ig变大，所以此时中值电阻小，即电阻表的倍率为“×1”。 因为电阻表有两个倍率，分别是“×1”和“×10”，由上分析知，闭合开关改装后的电表满偏电流是不闭合时电表的10倍，设不闭合时表头G的满偏电流为I1g，即有+I1g=10I1g 得R1=2 Ω。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 11 本课结束 第 十 二 章 　 2 $