第12章 2 闭合电路的欧姆定律（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高二物理必修第三册（人教版）

该高中物理课件聚焦闭合电路的欧姆定律，从电源电动势和内阻切入，通过闭合电路组成、定律公式及变形式构建基础，延伸到路端电压关系、动态分析等，形成递进式学习支架。 其亮点在于知识辨析引导质疑创新，动态分析结合程序法与结论法培养科学推理，典例（如电子秤、含容电路）强化模型建构。帮助学生深化物理观念，教师可高效开展教学。

2 闭合电路的欧姆定律 知识点 1 电源的电动势和内阻 必备知识 清单破 1.电动势 (1)定义:在电源内部,非静电力所做的功与所移动的电荷量之比。 (2)表达式:E= 。 (3)大小:在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。 (4)物理意义:反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小。电动势越大,电路中每通过1 C电荷量时,电源将其他形式的能转化成电能的数值越大。 2.内阻 电源内部也是由导体组成的,也有电阻,叫作电源的内阻,它是电源的另一重要参数。 1.闭合电路的组成 　　由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路,可以分为外电路和内电路。 (1)外电路:电源外部的电路叫外电路,外电路两端的电压称为路端电压。在外电路中,正电荷 在恒定电场的作用下由电源正极流向负极。 (2)内电路:电源内部称为内电路。在电源内部,非静电力把正电荷由负极移到正极。 知识点 2 闭合电路欧姆定律 2.闭合电路欧姆定律 (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)公式 (3)变形式:E=IR+Ir;E=U外+U内;U外=E-Ir。 知识点 3 路端电压与负载、电流的关系 1.路端电压与负载的关系 (1)关系式:U=E-Ir=E- r。 (2)特殊情况 ①断路:当外电路断开时,R→∞,I=0,U内=0,U=E。 ②短路:当外电路短路时,R=0,I= ,电路中电流过大,容易烧坏电源。 2.路端电压与电流的关系 (1)图线:由U=E-Ir可知,U-I图线是一条倾斜的直线,如图所示。 (2)当电路断路,即I=0时,图线与U轴交点的纵坐标表示电源电动势。 (3)当外电路电压U=0时,图线与I轴交点的横坐标表示短路电流。 (4)图线的斜率的绝对值表示电源的内阻。 知识辨析 1.对于给定的电源,非静电力移动正电荷做功越多,电动势越大还是越小? 2.电动势在数值上一定等于电源两极间的电压吗? 3.闭合电路短路时的电流是无限大吗? 4.闭合电路中外电阻越大,路端电压越大吗? 一语破的 1.电动势大小不变。电动势是电源本身的性质,与W、q无关。 2.不一定。只有当外电路断开时,电动势在数值上才等于电源两极间的电压。 3.不是。闭合电路短路时的电流为I= ,是个定值。 4.闭合电路中外电阻越大,干路电流I= 越小,内电压U内=Ir越小,则路端电压越大。 关键能力 定点破 定点 1 闭合电路的动态分析  1.闭合电路动态分析的思路 　　闭合电路中由于局部电阻变化(或开关的通断)引起各部分电压、电流发生变化,分析这 类问题的基本思路如下:   2.判定总电阻变化情况的规律 (1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小)。 (2)若开关的通、断使串联的用电器增多,则电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支 路增多,则电路的总电阻减小。 (3)在如图所示分压电路中,滑动变阻器可视为由两段电阻构成,其中一段R并与用电器并联,另 一段R串与并联部分串联。电路中的总电阻与R串的变化趋势一致。   3.闭合电路动态分析的方法 (1)程序法:遵循“局部—整体—部分”的思路,按以下步骤分析: 3.闭合电路动态分析的方法 (1)程序法:遵循“局部—整体—部分”的思路,按以下步骤分析: (2)结论法——“串反并同” ①“串反”是指某一电阻增大(或减小)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(或增大)。 ②“并同”是指某一电阻增大(或减小)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(或减小)。 (3)特殊值法与极限法:因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑片 分别滑至两个极端去讨论。一般用于滑动变阻器两部分在电路中都有电流时的讨论。 典例    如图所示为某同学在研究性学习中自制的电子秤原理示意图。托盘与电阻可忽略的 金属弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计。滑动变阻器的滑片与弹簧上端连接。不称重物 时,滑片P在R0的最上端【1】;称重物时,在压力作用下滑片P下滑【2】。操作人员可通过电阻很 大的灯泡的亮度判断出有没有开始称重,电流表的示数可以反映出物体的质量。下列说法正 确的是(　    )   A.称的物体越重,灯泡越暗 B.称的物体越重,电流表示数越大 C.不称重物时,灯泡会很亮 D.不称重物时,电流表示数较大 D 信息提取    【1】此时R0、灯泡被短路。 【2】滑动变阻器连入电路的电阻增大。 思路点拨    解答本题要三步走: 第一步:看电路的连接方式,滑动变阻器与灯泡并联,然后与电阻R1串联。 第二步:看滑片P的移动方向,物体越重越下移。 第三步:利用闭合电路欧姆定律【3】分析干路中电流的变化,利用串、并联电路的特点【4】分析 支路电流、电压的变化情况。 解析    当物体越重时,弹簧的压缩量越大,P越向下,滑动变阻器接入电路的电阻值越大(由 【2】得到),则总电阻越大,总电流I越小(由【3】得到),灯泡两端的电压U=E-Ir-IR1越大,通过 灯泡的电流I灯= 越大(由【4】得到),灯泡越亮,A、B错误;不称重物时,R0、灯泡被短路,电 路总电阻最小(由【1】得到),电流表示数I= 较大,D正确,C错误。 1.电容器在直流电路中的特点 　　在直流电路中,当电容器充、放电时,电路中有充、放电电流;一旦电路达到稳定状态,电 容器在电路中就相当于一个阻值无穷大的元件,有电容器的支路可看作是断路,简化电路时 可去掉它。若要求电容器所带的电荷量,可再在相应位置补上。 2.含有电容器电路的解题步骤 (1)先将含电容器的支路去掉(包括与它串联在同一支路上的电阻),计算各部分的电流、电压 值,电容器两极板间的电压等于它所在支路两端点间的电压。 (2)利用Q=CU、ΔQ=CΔU求出电容器所带的电荷量或电荷量的变化量。 (3)通过电容器的电压和平行板间距离求出两板间的电场强度,再分析电场中带电粒子的运动。 定点 2 含容电路的分析与计算  典例    如图所示,电源电动势E=9 V,内电阻r=0.5 Ω,电阻R1=5.0 Ω、R2=3.5 Ω、R3=6.0 Ω、R4= 3.0 Ω,电容器的电容C=2.0 μF。当开关S由与a接触【1】到与b接触【2】通过R3的电荷量【3】是多少?   信息提取    【1】S与a接触电路稳定时,等效电路如图甲。 【2】S与b接触电路稳定时,等效电路如图乙。   甲 乙 【3】R3与电容器串联,通过R3的电荷量即电容器所带电荷量的变化量。 思路点拨    解答本题需要四步走: 第一步:画出开关分别接a和b时的等效电路图; 第二步:根据闭合电路的欧姆定律【4】分别求出两种情况下电路中的电流,再根据欧姆定律【5】 分别算出两种情况下电容器两端的电压; 第三步:根据电容定义式【6】计算电容器极板上的电荷量; 第四步:判断变化前后极板带电的电性,然后计算通过R3的电荷量。 解析    当开关接a时,电容器两端的电压U1= R1=5 V(由【1】、【4】和【5】得到) 电容器的电荷量Q1=CU1=1×10-5 C(由【6】得到) 由于上极板电势高,则上极板带正电。 当开关接b时,电容器两端的电压U2= R2=3.5 V(由【2】、【4】和【5】得到) 电容器的电荷量Q2=CU2=0.7×10-5 C(由【6】得到) 且上极板电势低,则上极板带负电。 因开关与a、b接触时极板所带电荷电性相反,通过所连导线的电荷量等于两个状态下电容器 所带电荷量之和,开关由a接b的过程中,电荷量变化ΔQ=Q1+Q2=1.7×10-5 C 即通过R3的电荷量为1.7×10-5 C。 答案    1.7×10-5 C 定点 3 三闭合电路的功率、效率问题  1.闭合电路中的功率关系 闭合电路中功率的分配关系反映了闭合电路中能量的转化与守恒,即电源提供的电能,一部 分消耗在内阻上,其余部分输出给外电路,并在外电路上转化为其他形式的能。闭合电路中, 非静电力所做的功等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和,即EIt=UIt+I2rt,所以 有EI=UI+I2r,其中EI为电源的总功率,I2r为电源内部发热消耗的功率(即电源的热功率),UI为 外电路消耗的功率,也是电源的输出功率。 2.电源的效率 　　由于电源内阻的存在,电源的输出功率仅占电源总功率的一部分,另一部分为内阻的热 功率,电源的效率为输出功率UI跟电源总功率EI的比值,η= ×100%= ×100%。 　　当外电路为纯电阻电路时,由于U=IR,E=I(R+r),电源的效率可表示为η= ×100%,由该 式可知,外电阻R越大,电源的效率越高。 3.闭合电路中的功率问题分析 (1)电源的输出功率:一个外电路为纯电阻的闭合电路可以等效为如图所示的电路。   　　电源的输出功率P出=I2R= R= = 。当R=r时,P出有最大值,即 P出max= ,此时路端电压U= ,电源的效率η=50%。电源的输出功率随外电阻R变化的图像如 图所示。 从图可以看出: a.当R<r时,若R增大,则P出增大;当R>r时,若R增大,则P出减小。即|R-r|越大时,P出越小;|R-r|越小 时,P出越大;|R-r|=0时,P出最大。 b.当P出<P出max时,每个P出对应两个可能的外电阻R1和R2,且可推导出R1R2=r2。 (2)定值电阻的功率 　　定值电阻的功率P定=I2R,P定只与电流I有关,当R外最大时,I最小,P定最小;当R外最小时,I最大, P定最大。 (3)变化电阻的功率 　　求解变化电阻的功率时,利用等效思想,把除变化电阻之外的其他定值电阻等效成电源 内阻的一部分,常见情境如图所示,图中虚线框内为等效电源,E'为等效电源的电动势(两点间 断路时的路端电压),r'为等效电源的内阻(两点间短路时的电流为等效短路电流I短',等效内阻r' = ),则变化电阻的功率即为等效电源的输出功率,当R变=r'时,P变有最大值。 典例    如图(a)所示电路中,电源电动势E=12 V,内阻r=2 Ω,R1=4 Ω,R2=6 Ω,R3=3 Ω。        (1)图(a)中虚线框内的电路可等效为一个电源,即图(a)可等效为图(b)【1】,则等效电源的电动 势E'和内电阻r'分别是多少? (2)在上述推导过程的基础上,试总结等效电源的电动势和内阻的一般规律。 (3)若在C、D间连一个阻值在0~10 Ω范围内的变阻器,则变阻器的最大功率【2】是多少? 信息提取    【1】等效电源的电动势E'等于C、D间未接用电器时的电压,即相当于在C、D 间连一个理想电压表,其读数即为等效电动势E';短路电流I短'等于用导线直接将C、D两点连 接起来时的电流,即相当于在C、D间连一个理想电流表,其读数即为短路电流;内电阻r'=  。 【2】变阻器消耗的功率并不是原电源的输出功率,而等于引入等效电源的输出功率。 思路点拨    利用等效电源法,求解等效电源的电动势和内阻,然后利用等效电源的输出功率 等于变阻器的功率,求解变阻器的最大功率。 解析    (1)若在C、D之间连一个理想电压表,R3相当于导线,电压表测量R2两端电压。根据闭 合电路的欧姆定律可得电路中的电流为I1= =  A=1 A 理想电压表读数为UV=I1R2=6 V,则等效电源电动势E'=6 V(由【1】得到) 若在C、D间连一个理想电流表,这时电阻R2与R3并联,并联电阻大小为R= =2 Ω 根据闭合电路欧姆定律,有I2= =  A=1.5 A 通过理想电流表的电流I= =  A=1 A,即等效电源的短路电流I短'=1 A 则等效内阻r'= =  Ω=6 Ω(由【1】得到) (2)等效电源的电动势和内阻的一般规律是:任一含源电路可用等效电源进行替换,等效电源 的电动势等于含源电路的开路电压,等效电源的内阻等于从开路端看进去且仅保留电源的内 阻(即把电源看作电阻r)后混联电路的总电阻。 (3)设外电阻为R',则等效电源的输出功率为P外= R'= = ,易知当R'=6 Ω时等效电源的输出功率最大,则变阻器的最大功率为P外m=1.5 W。(由【2】得到) 答案    (1)6 V    6 Ω    (2)见解析    (3)1.5 W $