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

第二节：闭合电路的欧姆定律 第十二章 电能 能量守恒定律 学习目标：（1）理解电动势的概念 （2）了解外电路、内电路，知道电动势等于内、外电路电势降落之和 （3）理解闭合电路欧姆定律的内容，掌握其表达式 （4）理解路端电压与负载的关系，并能进行相关计算 （5）通过探究电源两端电压和电流的关系，体会图像法在研究物理问题中的作用。 （6）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 一、电动势 认识内、外电路、闭合电路 闭合电路：由导线、电源和用电器连成的电路叫闭合电路 外电路 内电路 思考：怎么样能维持外电路中稳定的电流？这种能力是怎么来的呢？ 一、电动势 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。 = E= 电势能 其他形式的能 外电路： 内电路： 其他形式的能 电势能 从能量守恒的角度来说:电源就是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置 电源的三个参数： 电动势E（V） 容量Q（mAh） 内阻r (Ω) 一、电动势 （1）定义：非静电力所做的功与所移动的电荷量之比 （2）定义式:E= (3) 单位：伏特，符号为V （4）物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量，由本身决定与外电路无关。 在数值上的等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功 拓展：常见的不同型号的干电池，如1号、5号、7号，其电动势一般都为1.5V。只是不同型号表示它们的体积、容量不同。 一、电动势 易错辨析 （1）电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电能的装置（ ） （2）电动势定义式中E=与电压U=中的W是同种性质力所做的功（ ） （3）一节1.5V5号干电池和一节1.5V7号干电池把其他形式能转化为电能的本领一样大（ ） （4）外电路变化时，电动势也变化（ ） × √ × × 二、闭合电路中的能量分析 （将电源视为一个没有电阻的理想电源与阻值为r的电阻串联） 闭合电路电势变化： （1）外电路：正电荷在静电力作用下由高电势向低电势移动，沿电流方向电势降低，由U=IR得，电势降低IR (2) 内电路: 正电荷在非静电力做功得作用下由低电势移至高电势，沿电流方向电势升高，电势“跃升”E，另外电源有内阻，沿电流方向电势降低Ir 思考：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和电源得电动势以及内阻r,外电路R之间存在什么样得关系呢？ 二、闭合电路中的能量分析 思想：能量守恒 = 电源内部非静电力做的功=qE=EIt 外电路中电阻R产生的内能为=It 内电路中电阻R产生的内能为=It 得：E= + （任何电路） 若外电路为纯电阻电路E=IR+Ir 说明：我们用表示外电路电势降落，用内电路的电势降落，那就是电源的电动势等于内、外电路电势降落之和 三、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）表达式（适用于纯电阻电路） I= 电流 电动势 外电路电阻 内电路电阻 （3）变形公式： E= + （适用于任何电路） E=IR+Ir（适用于纯电阻电路） 说明： 也叫路端电压； 也叫内电压 应用与练习 铅蓄电池的电动势为2 V，这表示(　　) A.电源将1 C的正电荷从正极移至负极的过程中，2 J的化学能转变为电能 B.电源将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.铅蓄电池在1 s内将2 J的化学能转变为电能 D.铅蓄电池比一节干电池(电动势为1.5 V)的体积大，故电动势大 解析　铅蓄电池的电动势为2 V，表示非静电力将1 C的正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功为2 J，即2 J的化学能转变为电能，与时间无关，故A、C错误，B正确；电源的电动势表示电源将其他形式的能转化为电能的本领，铅蓄电池的电动势比一节干电池的电动势大，与二者的体积大小无关，故D错误。 B 应用与练习 在如图所示的电路中，电阻R1=12 Ω，R2=6 Ω，电压表视为理想电表。当开关S断开时，电压表示数为9 V，当开关S闭合时，电压表示数为6 V。求： (1)开关S断开时，流过R1的电流。 (2)开关闭合时，回路的总电流。 (3)电源的电动势E和内阻r。 解析　(1)开关S断开时，流过R1的电流 I1== A=0.75 A (2)开关闭合时R并==4 Ω回路的总电流I== A=1.5A (3)根据闭合电路欧姆定律 E=I1r+U1，E=Ir+U2 联立解得E=12 V，r=4 Ω。 四、路端电压与负载的关系 负载 在如图所示的电路中，电源的电动势E=10V,内阻r=1Ω，试求当外电阻分别是3Ω、4Ω、9Ω时所对应的路端电压。通过数据计算，你发现了什么规律？ 外电阻 3Ω 4Ω 9Ω 电流I（A） 2.5 2 1 内电压 （V） 2.5 2 1 路端电压(V) 7.5 8 9 外电路的电势降落叫路端电压 归纳：对于确定电源来说，电动势和内阻是一定的，当外电阻R变大时，电流I变小，因而内电压电势降落Ir变小，此时，路端电压增大。 四、路端电压与负载的关系 四、路端电压与负载的关系 思考与讨论: 把U=E-Ir变形U=-rI+E，画出U-I图像 根据U-I图像，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？ U I O E 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) 四、路端电压与负载的关系 四、路端电压与负载的关系 总结：路端电压和负载的关系：U=E-Ir 1.图像：由 可知， 图像是一条斜向下的直线 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。 2.截距：①在纵轴上的截距表示电源的电动势E。 4.面积：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。 四、路端电压与负载的关系 U I O E U I 注意：对于闭合电路的U-I图像时，注意两坐标轴的坐标原点是否为零，若纵坐标的取值不从零开始，则横截距不表示短路电流 E 对于一个具体的电源，获取数据后，为使作出的图像相对误差较小，且便于分析，路端电压通常不从0开始。 =r 五、欧姆表的原理 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？ (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？ (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？ (4)通过以上计算，你有何发现？ Ig=可得，R1=-(Rg+r)=142 Ω 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。 =，解得R0=150 Ω Ix=，Rx=-150(Ω) 五、欧姆表的原理 原理：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 (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==，这一过程叫欧姆调零。满偏电流Ig处可标电阻大小为“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=Rg+R1+r时，指针偏转到表盘中间，有I=，此时Rx等于电阻表的内阻RΩ，称为中值电阻。 五、欧姆表的原理 (4)当Rx为0到∞之间某一数值时，如图丙所示，Ix==，可得=-(R++r)每个Rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与Ix值对应的Rx值。 电阻表的特点： （1）刻度不均匀（由 =-(R++r) 可知，电流被测电阻非线性关系） （2）刻度值左大右小（ ， 越小，既指针偏角越小，所以刻度盘左侧标示的电阻比右侧的大） （3）刻度盘左密右疏 应用与练习 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： (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。 4.5×103 Ω 2×103 Ω 0 3 000 6 000 应用与练习 解析(1)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)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。 $