专题 闭合电路的欧姆定律的应用 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理教学设计聚焦闭合电路的欧姆定律应用，为专题复习课，涵盖动态分析、含容电路、电源功率效率、U-I图像、欧姆表原理五个专题。通过回顾定律两种表达形式及路端电压与负载关系，明确本课目标，搭建前后知识学习支架。 此资料以核心素养为导向，融合物理观念（深化欧姆定律、能量观念）与科学思维（程序法、等效法等），如动态分析用“程序法+并同串反”，电源功率用等效电源法。采用讲练结合、归纳总结，助学生形成结构化认知提升综合能力，为教师提供系统复习框架，提高教学效率。

《12.23 专题：闭合电路的欧姆定律的应用》教学设计 ——人教版（2019）普通高中教科书《物理》必修第三册 第十二章 电能 能量守恒定律 课时：专题课（40 分钟）　课型：专题复习课 一、教材分析 本课是“闭合电路的欧姆定律”的专题应用课，安排在 12.2 节两课时新授课之后，系统梳理并综合应用闭合电路欧姆定律分析解决各类电路问题。闭合电路欧姆定律是分析解决电路问题的基本规律，是整个电路部分的中心内容。 专题内容包含五个方面：闭合电路的动态分析、含容电路的分析与计算、电源的有关功率和效率问题、对电源 U－I 图线的理解和应用、欧姆表的测量原理。这既是对闭合电路欧姆定律这一核心规律的多角度深化，也是对学生科学思维的集中训练——动态分析中的程序法与“并同串反”结论法、含容电路中的等效分析、功率问题中的能量观念、图像问题中的数形结合思想、欧姆表中的“转换测量”方法，都体现了物理学研究问题的基本方法，为后续“实验：电池电动势和内阻的测量”打下基础。 二、学情分析 学生已掌握闭合电路欧姆定律的两种表达形式 I＝E/(R＋r) 和 E＝U外＋U内，能够进行简单的计算，但面对含滑动变阻器的动态电路、含电容器的电路、含电动机的电路时，缺乏系统的分析方法，容易出现思路混乱、乱套公式的情况。 学生对电源的总功率、输出功率、内阻损耗功率及电源效率等概念辨析不清，对“输出功率最大”的条件及图像中截距、斜率、面积的物理意义理解不深。因此需要通过专题归纳，提炼各类问题的一般方法，帮助学生形成结构化、程序化的认知，提升综合分析与解决问题的能力。 三、教学目标（核心素养目标） （1）物理观念：进一步理解闭合电路欧姆定律，深化对电源功率、输出功率、效率等概念的理解，巩固用能量观念分析电路问题的意识。 （2）科学思维：掌握闭合电路动态分析的程序法与“并同串反”结论法；学会运用等效思想（把定值电阻等效为电源内阻）分析变阻器功率问题；能熟练运用 U－I 图像的截距、斜率、点和面积解决电源问题；掌握含容电路稳定状态与充放电过程的分析方法。 （3）科学探究：通过欧姆表测量原理的探究，体会“转换测量”的科学方法，理解仪表设计中的物理原理。 （4）科学态度与责任：通过典型问题的分析与综合，体会物理规律应用的灵活性，增强学习物理的信心；联系汽车启动、电池供电等生活实际，体会物理知识的应用价值。 四、教学重难点 教学重点：闭合电路动态分析的方法；电源功率与效率问题；U－I 图像的应用。 教学难点：含容电路充放电过程中电荷量变化的分析；电源输出功率最大的条件及其变式应用；动态分析中“并同串反”规律的准确判断与运用。 五、教学方法与教学准备 教学方法：讲练结合法、问题引导法、归纳总结法、图像分析法相结合。 教学准备：多媒体课件（含各类电路图、图像、例题），板书。 六、教学过程（40 分钟） （一）知识回顾，明确目标（约 3 分钟） 教师引导学生回顾闭合电路欧姆定律的两种表达形式及上一课时研究的路端电压与负载的关系，指出闭合电路欧姆定律是分析电路问题的基本规律。本课将通过专题形式，综合应用这一规律解决动态分析、含容电路、功率效率、图像、欧姆表等五类典型问题，提炼方法，提升综合分析与解决问题的能力。 （二）专题一：闭合电路的动态分析（约 8 分钟） 1.方法梳理。教师介绍闭合电路动态问题的两种分析方法。 （1）程序法：①分析电路，明确各部分电路的串、并联关系以及电流表、电压表的测量对象；②由局部电阻变化判断电路总电阻的变化；③由 I＝E/(R＋r) 判断总电流的变化；④由 U＝E－Ir 判断路端电压的变化；⑤由欧姆定律及串、并联电路的规律判断各部分电路的电压及电流变化。 （2）结论法——“并同串反”：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，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；某一电阻减小时情况相反。 2.例题精讲。 【例题 1】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 连接成如图所示电路。当滑动变阻器的触头由中点滑向 b 端时，下列说法正确的是（　　） 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 解析：触头由中点滑向 b 端时，滑动变阻器连入电路的阻值 R 增大，外电路总电阻 R总 增大。由 I＝E/(R总＋r) 知干路电流 I 减小，故 A1 示数减小；由 U＝E－Ir 知路端电压 U 增大，电压表读数增大；R2 两端电压 U2＝E－I(R1＋r)，因 I 减小而增大，由 I2＝U2/R2 知 I2 增大，即电流表 A2 读数增大。故选项 C 正确。 3.方法小结。程序法普适、严谨，适用于所有动态问题；结论法“并同串反”简捷高效，但需先判断各元件与变化电阻是串联还是并联关系。 （三）专题二：含容电路的分析与计算（约 6 分钟） 1.方法要点。教师引导学生归纳含容电路分析的三个要点。 （1）电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，该支路中的电阻上无电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压； （2）当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等； （3）电路的电流、电压变化时，会引起电容器的充（放）电：若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。 2.例题精讲。 【例题 2】如图所示，电源电动势 E＝10 V，内阻可忽略，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，求：（1）S 闭合后，稳定时通过 R1 的电流；（2）S 原来闭合，然后断开，这个过程中流过 R1 的电荷量。 解：（1）S 闭合后，电路稳定时，R1、R2 串联，通过 R1 的电流 I＝E/(R1＋R2)＝10/(4＋6) A＝1 A。 （2）S 闭合时，电容器两端电压 UC＝U2＝IR2＝6 V，储存的电荷量 Q＝CUC；S 断开后达到稳定时电路中电流为零，此时 UC′＝E＝10 V，储存的电荷量 Q′＝CUC′。电容器上的电荷量增加了 ΔQ＝Q′－Q＝C(UC′－UC)＝30×10⁻⁶×4 C＝1.2×10⁻⁴ C。S 断开以后，电容器上电荷量的增加只有通过 R1 这条途径实现，所以流过 R1 的电荷量就是电容器上增加的电荷量，为 1.2×10⁻⁴ C。 3.方法小结。 含容电路的关键是判断电容器两端电压的变化：稳定时按开路处理，电压取与之并联部分的电压；开关通断或电阻变化时，通过分析电压变化判断充放电，进而求电荷量的变化。 （四）专题三：电源的有关功率和效率问题（约 8 分钟） 1. 知识梳理。教师系统归纳电源功率与效率的相关结论。 （1）电源的总功率（电源将其他形式的能转化为电能的功率）P＝IE，普遍适用；P＝I²(R＋r)，只适用于外电路为纯电阻的电路。 （2）电源内阻消耗功率（损耗功率）P内＝I²r。 （3）电源的输出功率（外电路上消耗的功率）P出＝IU外，普遍适用；P出＝I²R＝E²R/(R＋r)²，只适用于外电路为纯电阻的电路。 （4）输出功率随外电阻 R 的变化关系：当 R＝r 时，电源的输出功率最大，P出m＝E²/(4r)，此时电源效率 η＝50%；当 R＞r 时，随着 R 的增大输出功率越来越小；当 R＜r 时，随着 R 的增大输出功率越来越大；当 P出＜Pm 时，每个输出功率对应两个可能的外电阻 R1、R2，且 R1R2＝r²。 （5）电源的效率 η＝P出/P总＝U/E＝R/(R＋r)（只适用于外电路为纯电阻的电路），由上式可知，外电阻 R 越大，电源的效率越高。 2.例题精讲。 【例题 3】（多选）如图甲所示，电动势为 E、内阻为 r 的电源与 R＝8 Ω 的定值电阻、滑动变阻器 RP、开关 S 串联组成回路，已知滑动变阻器消耗的功率 P 与其接入电路的有效阻值 RP 的关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A.电源的电动势 E＝4 V，内阻 r＝2 Ω B.图乙中 Rx＝25 Ω C.滑动变阻器的滑片向左移动时，R 消耗的功率先增大后减小 D.调整滑动变阻器 RP 的阻值可以得到该电源的最大输出功率为 1.28 W 解析：把定值电阻 R 等效为电源的内阻，由图乙可知功率最大时 RP＝R＋r＝10 Ω，最大功率为 0.4 W，即 E²/[4(R＋r)]＝0.4 W，解得 E＝4 V，r＝2 Ω，A 正确；滑动变阻器接入电路的阻值为 4 Ω 时与接入阻值为 Rx 时消耗的功率相等，由对称关系可得 Rx＝25 Ω，B 正确；滑片向左滑动时，其接入电路的电阻增加，电流减小，R 消耗的功率减小，C 错误；因为定值电阻 R＝8 Ω 大于电源内阻 r＝2 Ω，故滑动变阻器 RP 的阻值为 0 时电源的输出功率最大，Pmax＝I²R＝[E/(R＋r)]²R＝[4/(8＋2)]²×8 W＝1.28 W，D 正确。本题答案选 ABD。 3.方法小结。 处理电源功率问题要注意三个功率之间的能量关系 P总＝P出＋P内，并灵活运用“等效电源”法（把与变阻器串联的定值电阻等效为电源内阻）简化分析。 （五）专题四：对电源 U－I 图线的理解和应用（约 6 分钟） 1.方法要点。教师引导学生归纳 U－I 图像的四个关键信息。 （1）截距：纵轴上的截距等于电源的电动势 E；横轴上的截距等于外电路短路时的电流，即短路电流 I短＝E/r。 （2）斜率：图线斜率的绝对值等于电源的内阻 r，斜率的绝对值越大，表明电源的内阻越大。 （3）图线上的点：图线上任一点对应的 U、I 的比值为此时外电路的电阻，即 R＝U/I。 （4）面积：面积 UI 为电源的输出功率；电源的总功率 P总＝EI，P总－P出＝EI－UI 为电源的发热功率。 2.例题精讲。 【例题 4】（多选）如图所示，图线 AB 是某电源的路端电压随电流变化的关系图线，OM 是固定电阻 R 两端的电压随电流变化的图线，由图可知（　　） A.该电源的电动势为 6 V，内阻是 2 Ω B.固定电阻 R 的阻值为 1 Ω C.该电源的最大输出功率为 9 W D.当该电源只向电阻 R 供电时，其效率约为 66.7% 解析：由图线 AB 可知电源的电动势 E＝6 V，短路电流为 6 A，根据 r＝E/I短 得 r＝1 Ω，故 A 错误；由图线 OM 得 R＝U/I＝2 Ω，故 B 错误；当外电路电阻等于电源内阻时，电源输出功率最大，P出m＝E²/(4r)＝6²/(4×1) W＝9 W，故 C 正确；当该电源只向电阻 R 供电时，电路电流 I＝E/(R＋r)＝6/(2＋1) A＝2 A，路端电压 U＝IR＝4 V，电源效率 η＝U/E≈66.7%，故 D 正确。本题答案选 CD。 3.方法小结。 图像问题要抓住“截距、斜率、点、面积”四个要素，并注意把电源的 U－I 图线与定值电阻的 U－I 图线区分开（电源图线斜率为负，电阻图线斜率为正）。 （六）专题五：欧姆表的测量原理（约 5 分钟） 1.原理梳理。 教师指出：当红、黑表笔间接入被测电阻 Rx 时，通过表头的电流 I 随 Rx 改变而改变，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，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值。 （1）欧姆表内阻：将红、黑表笔短接，调节滑动变阻器使电流表达到满偏电流Ig，由闭合电路欧姆定律Ig＝E/R内，故欧姆表内电阻R内＝E/Ig＝r＋Rg＋R1。 （2）中值电阻：当外加电阻 Rx＝R内 时，电流为 I＝Ig/2，此时电流表指针指在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻，中值电阻等于欧姆表内阻。 2.例题精讲。 【例题 5】若某欧姆表表头的满偏电流为 5 mA，内装一节干电池，电动势为 1.5 V，那么该欧姆表的内阻为多少？待测电阻接入红、黑两表笔之间时，指针指在刻度盘的中央，则待测电阻的阻值为多少？若指针指在满刻度的 3/4 处，则待测电阻的阻值为多少？ 解：将红、黑表笔短接，调节调零电阻使电流表满偏，欧姆表内阻 R内＝E/Ig＝1.5/0.005 Ω＝300 Ω。指针指在刻度盘中央时，I＝Ig/2，由 I＝E/(R内＋Rx) 得 R内＋Rx＝2E/Ig＝600 Ω，故 Rx＝300 Ω，即中值电阻等于内阻。指针指在满刻度的 3/4 处时，I＝3Ig/4，R内＋Rx＝E/I＝(4/3)(E/Ig)＝400 Ω，故 Rx＝100 Ω。 3.方法小结。 欧姆表问题抓住两个核心量——内阻 R内＝E/Ig 和中值电阻等于内阻，再结合闭合电路欧姆定律求解即可。 （七）巩固练习与课堂小结（约 4 分钟） 1.巩固练习。教师出示课件中的练习，让学生独立分析并交流。 练习 1（动态分析）：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 的滑片由 a 端向 b 端移动时，判断三个电表 A1、A2 和 V 示数的变化。 解析：R2 阻值减小，电路总电阻减小，总电流 I 增大；由 U＝E－Ir 知路端电压 U 减小；U3＝IR3 增大，故 U1＝U－U3 减小，I1 减小；由 I＝I1＋I2 知 I2 增大。答案选 B。 2.课堂小结。教师引导学生总结五类专题问题的核心方法：动态分析用“程序法＋并同串反”；含容电路抓电压变化与充放电；功率问题用能量关系与等效电源法；图像问题抓截距、斜率、点、面积；欧姆表问题抓住内阻与中值电阻。强调程序法、等效法、图像法、能量观点是分析电路问题的基本方法。 七、板书设计 12.23 专题：闭合电路的欧姆定律的应用 一、闭合电路的动态分析 1.程序法：局部电阻→总电阻→总电流→路端电压→各部分 2.结论法：“并同串反” 二、含容电路的分析与计算 稳定后无电流；UC＝并联电阻电压；电压升高充电、降低放电 三、电源的有关功率和效率 P总＝IE，P内＝I²r，P出＝IU外；R＝r 时 P出m＝E²/(4r)，η＝50% 四、U－I 图像 纵截距＝E，横截距＝I短，斜率绝对值＝r，点 R＝U/I，面积 UI＝P出 五、欧姆表的测量原理 R内＝E/Ig；中值电阻＝R内；Ix＝E/(R内＋Rx) 八、作业布置 1.完成课件“巩固练习”第 2、3、5 题。 2.自主整理本专题五个板块的知识方法与典型题，形成知识卡片。 九、教学反思（简述） 本课为专题复习课，内容覆盖面广、方法性强。教学中应以“方法提炼”为主线，通过例题讲透方法、通过练习巩固方法，切忌面面俱到、就题论题。动态分析的程序法与“并同串反”、等效电源法、U－I 图像的四要素是学生最易出错也最见功力之处，应重点突破；含容电路与欧姆表问题应突出物理过程的建构，帮助学生从本质上理解，避免死记结论。 5 学科网（北京）股份有限公司 $