12.2 闭合电路欧姆定律 课件-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

第十二章 电能 能量守恒定律 第2节 闭合电路欧姆定律 由导线、电源和用电器连成的电路叫作闭合电路（closed circuit）。 闭合电路 2.外电路:电源外部的电路 导线、电源、用电器 1.闭合电路的结构： 3.内电路:电源内部的电路 一.闭合电路 内电阻r： 电源内部的电阻。 内电路中的电阻叫内电阻，简称内阻。我们可以将电源看作一个没有电阻的理想电源与电阻的串联。 1.电源外部，正电荷将怎样移动？ 2.电源内部，正电荷将怎样移动？ 3.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？ 4.什么力来克服电场力做功？ 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 电源：通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置。 + + + + 电源 _ _ _ _ + + + + + + + 正极 负极 非静电力 问题探究 干电池 发电机 在干电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电能； 在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电能。 5.电源内部的非静电力是由什么提供的？ 问题探究 不同的电源把其他形式的能转化为电能的本领是不同的，如何描述电源将其它形式能量转化为电能的本领呢？ 二、电动势 1. 物理意义：反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领。 2. 定义：非静电力所做的功与所移动的电荷量之比，叫电源的电动势。 3. 表达式： 4. 单位：伏特（V） 1V=1J/C 5.标量 6.决定因素：电动势是电源的属性，大小完全由电源的非静电力特性决定，与电源的体积和外电路无关。 W：非静电力做的功 q ：被移送的电荷量 电动势在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. ＋ － 电源内部 电能 其他能 非静电力做功 静电力做功 7.电动势与电压的区别 用电器 电压U 电动势E 物理意义 电场力做功，电能转化为其他形式的能的本领，表征电场的性质 非静电力做功，其他形式的能转化为电能的本领，表征电源的性质 定义式 U＝W/q，W为电场力做的功 E＝W/q，W为非静电力做的功 单位 伏特(V) 伏特(V) 联系 电动势等于电源未接入电路时两极间的电压值 7.电动势与电压的区别 1.关于电动势E的说法中正确的是（ ） A.电动势E的大小与非静电力所做的功W的大小成正比，与移送电荷量q的大小成反比 B.电动势E是由电源本身决定的，跟电源的体积和外电路均无关 C.电动势E是表征电源把电能转化为其他形式的能本领的物理量 D.电动势E的单位与电势差的单位相同，故两者在本质上相同 B BC 2.(多选)铅蓄电池的电动势为2 V，干电池的电动势为1.5 V.关于两种电池，下列说法正确的是 ( ) A.干电池能在1 s内将1.5 J的化学能转变成电能 B.铅蓄电池将1 C的正电荷从负极移至正极的过程中，2 J的化学能转变为 电能 C.铅蓄电池将化学能转变成电能的本领比一节干电池的大 D.铅蓄电池比干电池体积大，故电动势高 三、电路中的电流及电势 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；存在内阻，沿电流方向电势也降低。 2）闭合回路的电流 1）部分电路的电流 内电路与外电路中的总电流是相同的。 I R U 问题探究 设电源电动势为E，内阻为r，外电路的用电器都是纯电阻为R，闭合电路的电流为I。 r E R K 内电路 外电路 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 4.根据能量守恒定律，以上各能量之间有什么关系？ E=IR+Ir 闭合电路的欧姆定律 1.内容：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 3.适用条件：电流表达式适用于外电路是纯电阻的电路. 电压表达式适用于任何电路 四、闭合电路的欧姆定律 4.说明：①U外=IR 是外电路上总的电势降落，习惯上叫路端电压。 ②U内=Ir 是内电路上的电势降落，习惯上叫内电压。 电源电动势等于内外电路电势降落之和。 5.几种表达形式的对比： 表达式 物理意义 适用条件 I＝ 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；（2）（3）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 解析：当 S 闭合时，R1和R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得U1＝E－I1r ① 当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得 U2＝E－I2r ② 联立①②，代入数据解得E＝2 V，r＝1 Ω。 3.在如图所示的电路中，电源的电动势为1.5V，内阻为0.12Ω，外电路的电阻为1.38Ω,求电路中的电流和路端电压. 解：由闭合电路欧姆定律，电路中的电流为 路端电压 R S E r 五、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。 为什么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？ 五、路端电压与负载的关系 结论：路端电压随着外电阻的增大（减小）而增大（减小） ★两个特例： ②外电路短路时 ①外电路断路时 R→∞， I = 0， U外 = E R = 0， I短 = E/r， U外 = 0 电源没有接入电路时，电源两极的电压等于电源电动势。 此时由于内阻r很小，电流很大，容易烧坏电源。 2）在横轴上的截距表示电源的短路电流 3）图象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. 图象的物理意义 路端电压U 随电流I 变化的图象 1. 图象的函数表达式 五、路端电压与负载的关系 U I O E I短 断路 短路 P=UI (I，U) 4）某点横纵坐标乘积等于外部电路消耗的电功率，也是路端电压为U时，电源的输出功率。 条件：坐标原点均从0开始 r＝E/I短 ＝ 。 U-I图象对比 U o I E U0 M（I0,U0） β α b a N I0 Im 1.图中a为闭合电路的U-I 图象b为部分电路(外电阻)的U-I图象 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（即工作时的实际电压和实际电流——实际功率P实=U0I0） 3.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 五、路端电压与负载的关系 4.(多选)某电源的路端电压与电流的关系图像如图所示，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18 Ω AD 　 六、欧姆表原理 1. 当红、黑表笔直接接触时(相当于被测电阻为0)，如图甲所示，电流表指针指在最大值Ig处。 六、欧姆表原理 2. 红、黑表笔断开，如图乙所示，被测电阻Rx→∞，I＝0，可以在I＝0处标电阻大小为“____”。 ∞ 4. 电阻表表盘的刻度标注 刻度 标注方法 标注位置 “0 Ω” 红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针满偏，被测电阻Rx＝0 满偏电流Ig处 “∞” 红、黑表笔不接触，表头指针不偏转，被测电阻Rx＝∞ 电流为零处 中值电阻 Rx中＝r＋R＋Rg＝RΩ 刻度盘正中央 “Rx” 红、黑表笔接Rx，Ix＝ ，Rx与Ix一一对应 与Rx对应电流Ix处 六、欧姆表原理 闭合电路中内、外电路的电流I相等，电源电动势为E，内阻为r，路端电压（外电路电压）为U外 1．电源提供的总功率（电源功率）： 2．电源的输出功率（外电路得到的功率）: 3．电源内阻上的热功率 ： （外电路可以是任何电路） 七、闭合电路中的功率 P总=EI P出=U外I P内=U内I =I2r 4．总功率、输出功率、热功率的关系： O R P出 Pm r 5. 外电路为纯电阻电路时，电源的输出功率 (外电路功率)与外电阻R的关系： 电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示，而当内外电阻相等时，电源的输出功率最大。 注意：当P外＜Pm时，每个P外对应两个可能的外电阻R1和R2，根据二次方程根与系数的关系可以推导出R1和R2的关系为：R1·R2＝r2。 七、闭合电路中的功率 结论：电源的效率随外电阻的增大而增大 6. 电源的工作效率 对纯电阻电路，电源的效率为： 特别提醒：(1)当电源输出功率最大时(R=r)，机械效率η＝50%。当R→∞时，η→100%，但此时P出→0，无实际意义。 七、闭合电路中的功率 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 A 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 2.如图所示，已知电源电动势E=5V，内阻r =2Ω，定值电阻R1=0.5 Ω，滑动变阻器R2的阻值范围为0~8Ω。 ①当滑动变阻器的阻值为多大时，电源的输出功率最大？最大输出功率是多少？ ②当滑动变阻器的阻值为多大时，电阻 R1消耗的功率最大？最大功率是多少？ ③当滑动变阻器的阻值为多大时，滑动变阻器消耗的功率最大？最大功率是多少？ 思考：若电阻R1=8Ω，各结果又是怎样？ 1.5Ω； 3.125W 当R2 = 0时I最大，P1max = 2W 2.5W 2.5Ω； ①0 2W ②0 2W ③8Ω 0.62W 八、闭合电路的动态分析 2.思路：分清电路结构→局部电阻变化→总电阻变化→总电流变化→内电压变化→路端电压变化→各部分电压、电流变化 3.闭合电路动态分析的二种方法 (1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分”， 即：R局减小(增大)→R总减小(增大)→I总增大(减小)→U内增大(减小)→U外减小(增大)→U局(I局) 1.动态电路：断开或闭合开关、滑动变阻器的滑片移动（局部电阻增大或减小），导致电路电压、电流、功率等的变化。 (2)极限法：指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动端分别滑至两个极端（0或最大）去讨论。 特别提醒： (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)，该电阻两端的电压一定会增大(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。 (3)常用结论——“串反并同”。 特别注意：若不计电源内阻，则路端电压U外始终等于电源电动势E，不满足“串反并同” ，其他的仍满足。 “串反”：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。 “并同”：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。 3.如图所示的电路中,电源的电动势E和内电阻r恒定不变,电灯L恰能正常发光.如果变阻器的滑片向b端滑动,则( ) A.电灯L更亮,安培表的示数减小 B.电灯L更亮,安培表的示数增大 C.电灯L变暗,安培表的示数减小 D.电灯L变暗,安培表的示数增大 A 4.在如下图所示的电路中，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 5.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连接成图所示的电路.当滑动变阻器的滑片由中点滑向b端时，下列说法正确的是（ C ） A.电压表和电流表读数都增大 B.电压表和电流表读数都减小 C.电压表读数增大，电流表A1读数减小，A2读数增大 D.电压表读数减小，电流表A1读数增大，A2读数减小 6.如图所示电路，当R2的滑动片向右移动时，各表的变化情况是(　　) A．A1、A2读数均变大，V1、V2读数均变小 B．A1读数变大，A2读数变小，V1读数变大，V2读数变小 C．A1读数变大，A2读数变小，V1读数变小，V2读数变大 D．A1、A2读数均变小，V1、V2读数均变大 C 九、含电容器电路的分析 1、当开关闭合时，有电流通过R1或R2吗？若有，电流方向如何？ 答案　R1、R2中均有电流通过，且均沿顺时针方向 2、电路稳定后，有电流通过R1或R2吗？此时电容器两端的电压为多少？带电荷量为多少？ 答案　电路达到稳定后，有电流通过R1；R2所在支路相当于断路，R2中没有电流通过，电容器两极板间的电压就等于R1两端的电压。 3、电路稳定后逐渐减小R1，在此过程中，有电流通过R2吗？若有，电流方向如何？ 答案　减小R1，总电阻减小，总电流增大，UC＝U外＝E－Ir减小，UC减小，电荷量减少，电容器放电，R2中有逆时针方向的电流。 4、电路稳定后逐渐减小R2，在此过程中，有电流通过R2吗？若有，电流方向如何？ 答案　电路达到稳定后，R2所在支路相当于断路。减小R2，不影响电阻，总电阻不变，总电流不变，路端电压不变，电容器上所带电荷量不变，R2中无电流通过。 1.直流电路稳定时的等效处理方法： ①电容器：相当于无穷大电阻，看成断路，作等效电路时可先把它去掉 ②与电容器串联的电阻：两端无电压，相当于导线。 ③与电容器并联的电阻：电容器端电压与并联电阻端电压相等。 2.电路稳定时，电容器所带电荷量Q一定。 求Q的方法：先求与电容器并联的电阻两端电压U， 再根据Q＝CU 计算。 3.与电容器并联的电阻端电压变化时，将会引起电容器的充、放电。 求ΔQ的方法：先求与电容器并联的电阻两端电压的变化ΔU， 再据ΔQ＝CΔU求值 九、含电容器电路的分析 37 7.(多选)如图8所示，电源的电动势E＝2 V，内阻r＝2 Ω，两个定值电阻均为8 Ω，平行板电容器的电容C＝3×10－6 F，则（ ） CD AD 由闭合电路的欧姆定律可得 Ig＝＝，则RΩ＝。 3．当红、黑表笔间接有被测电阻Rx时， 如图丙所示，通过表头的电流Ix＝＝。电阻Rx与电流存在一一对应关系。电阻Rx的阻值越大，电流越小，且电阻电流不成线性关系，所以欧姆表盘刻度是不均匀的。 此时UC＝，QC＝CUC， QC＝ A.开关断开时两极板间的电压为 V B.开关断开时电容器所带电荷量为4×10－6 C C.开关接通时两极板间的电压为 V D.开关接通时电容器所带电荷量为4×10－6 C $