12.2.2 闭合电路的欧姆定律的应用 课件（37张PPT）-高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

(共37张PPT)
第十二章 电能 能量守恒定律
第2节 闭合电路的欧姆定律
第2课时 闭合电路欧姆定律的应用
任务1 路端电压与负载的关系
情境引入
演示实验：按照下图连接电路，闭合开关前把滑动变阻器调到最大，然后闭合开关，观察电流表、电压表的示数，然后移动滑片，观察两表示数是否发生变化。
问题引领
1.当外电路电阻逐渐减小时，观察到电流表、电压表示数如何变化？
[答案] 观察到电流表示数逐渐增大，电压表示数逐渐减小。
2.能否利用闭合电路的欧姆定律从理论上证明你所观察到的现象？
[答案] 能。在短时间内，电源电动势 和内阻 是恒量，根据闭合电路的欧姆定律 可知，当外电路电阻 减小时，电路中的电流 增大。根据 可得 ，又因为路端电压 ，所以有路端电压 ，当电流 增大时，路端电压 减小。
3.什么时候闭合电路的电流达到最大值？最大值是多少？什么时候路端电压达到最大值？此时路端电压与电源电动势有什么关系？
[答案] 根据 可知，当外电路电阻 （即短路）时，电流 达到最大值 。根据路端电压 可知，当外电路电阻 （即开路）时，电流 ，路端电压 达到最大值 。
知识生成
1.路端电压与负载的关系
。
结论：
（1） 增大 ①_______。
（2）外电路断路时 。
（3）外电路短路时 。
增大
2.路端电压与电流的关系
公式： ②________。

应用探究
[活动1]问题讨论
（1） 路端电压 与外电阻 之间有何关系？
[答案] 公式（对纯电阻电路）： 。
当外电路断开时, , , , 。
当外电路短路时, , （称为短路电流）, 。由于 很小,电路中电流很大,容易烧坏电源,这就是严禁把电源两极不经负载直接相接的原因。
对某一给定的闭合电路来说,电流、路端电压、内电压随外电阻的改变而改变,变化情况如下（ 表示增大, 表示减小）。
外电阻变化情况
电流
内电压
路端电压
（2） 由 可知, 图像是一条斜向下的直线,如图所示。请根据图像分析路端电压 与电流 之间有何关系,并说明图像的截距、斜率、面积分别有什么意义。
[答案] ①当 减小时, 增大,路端电压减小,当外电路短路时, 等于零,此时电路中的电流最大, ,路端电压等于零。
②纵轴的截距等于电源的电动势 ；横轴的截距等于外电路短路时的电流,即 。
③直线斜率的绝对值等于电源的内阻,即 , 越大,表明电源的内阻越大。
④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。
[活动2]电源的输出功率与效率
例1 （多选）如图1所示，电动势 、内阻 未知的电源与滑动变阻器 及开关 组成回路，已知滑动变阻器的功率 与其接入电路的阻值 的关系图像如图2所示。下列说法正确的是( @8@ )。
A.电源内阻
B.滑动变阻器 消耗的最大功率为
C.当滑动变阻器的阻值为 时，其功率约为
D.图2中的
BC
[解析] 根据焦耳定律 及闭合电路的欧姆定律 可得 ，所以当 时，功率达到最大值 ，图像中 时功率最大，所以内阻 ，此时功率 ， 项错误,B项正确； 时消耗的功率与 时相等，即 ，解得 ，功率 ，C项正确，D项错误。
分析问题.（1）外电路电阻增大时,电源内部消耗的功率如何变化？
（2）外电路电阻增大时,电源的总功率如何变化？外电路的功率如何变化？
[答案] （1）减小。 （2）电源的总功率减小；外电路的功率先增大后减小。
（1）电源的总功率： ，随电流变化而变化。
（2）电源内部的发热功率： 。
（3）电源的输出功率： ，外电路为纯电阻电路时，电源的输出功率为
。由此可知
①当 时，电源的输出功率最大，且 ；
②当 时，随着 的增大，输出功率减小；
③当 时，随着 的增大，输出功率增大；
④输出功率与外电阻的关系如图所示，由图像可知，对应某一输出功率 （非最大值）可以有两个不同的外电阻 和 ，且有 。
（4）电源的效率： ，可见当 增大时，效率增大。
任务2 了解欧姆表的原理
情境引入
某欧姆表的内部电路如图所示，已知电源电动势 ，内阻 ，电流表满偏电流 ，电流表内阻 ， 、 为两个插孔，分别插上黑、红表笔。
问题引领
1.欧姆表内部由哪些主要元件构成？它与电流表、电压表相比多出了哪个重要元件？
[答案] 欧姆表内主要元件有电流表 、变阻器 及电源 。它与电流表、电压表相比多了一个电源 。
2.简述欧姆表测量原理，欧姆表的刻度是均匀的吗？为什么？
[答案] 欧姆表的测量原理是闭合电路欧姆定律，由 可知，保持 、 、 不变，则每一个 的值都对应一个确定的电流 的值，因此只要把电流表上对应 值的电流的刻度改为阻值 ，即成为欧姆表。欧姆表的刻度不是均匀的，这是因为电流 与 之间不是一次函数关系。
3.在进行测量之前要把黑、红表笔短接（即外接电阻为零），调整变阻器 的电阻，使电流表的指针指到满偏刻度，这就叫作欧姆调零。此时变阻器的阻值 是多少？欧姆表全部内阻 是多少？
[答案] 根据闭合电路欧姆定律 可得 ；欧姆表全部内阻 。
4.在黑、红表笔之间接入电阻 时，电流表指针指在哪个位置？你从中可以得到什么启示？
[答案] 根据闭合电路欧姆定律 ，可见此时电流表的指针应指在 处，即当被测电阻恰好等于欧姆表内阻时，指针恰好指在满偏刻度的一半，所以欧姆表的中值电阻就等于其内阻。
知识生成
欧姆表
（1） 原理：依据①___________________制成的，它是由②_________改装而成的。
闭合电路欧姆定律
电流表
（2） 内部构造：由③_______、④_______和⑤___________三部分组成。
表头
电源
可变电阻
（3） 测量原理：如图所示，当红、黑表笔接入被测电阻 时，通过表头的电流 ⑥
_ ___________。改变 ，电流 随着改变，每个 值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与 值对应的⑦_____值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值。


（4） 欧姆表的刻度特征：
.刻度不均匀。
.电流的零刻线处是电阻值⑧_____处，电流满偏处是电阻⑨_____刻线。
.欧姆表的内阻等于⑩_______电阻。

零
中值
应用探究
[活动1]欧姆表的内部结构与测量原理
例2 某同学想用以下器材组装一只欧姆表,并比较精确地测量一只电阻的阻值（几千欧）。
A.电流计,满偏电流为 ,内阻为
B.电流计,满偏电流为 ,内阻为
C.电动势为 、内阻为 的直流电源
D.电动势为 、内阻为 的直流电源
E.最大阻值为 的滑动变阻器
F.最大阻值为 的滑动变阻器
（1） 以上器材应选用 ______ （填字母）,并在虚线框内画出所组装的欧姆表的内部电路结构图。
[答案] ; 电路图见解析
[解析] 选取器材要能够满足欧姆表调零的要求,即 。调节滑动变阻器的滑片,当滑动变阻器的阻值最大时,电流应小于电流表的满偏电流 ,且当选到满偏电流时，滑动变阻器应接近被测电阻，综合考虑应选A、D、E。欧姆表的内部电路结构图如图所示。
（2） 欧姆表调零后,滑动变阻器被接入电路部分的阻值为_______ 。
2977
[解析] 欧姆表调零时,由闭合电路欧姆定律得
代入数据解得 。
（3） 若用此欧姆表测量电阻,发现指针指在满偏电流的三分之一处,则此电阻的阻值约为_______ 。
6000
[解析] 测量电阻时,由闭合电路欧姆定律得 ,由题意得
代入数据解得 。
（4） 如果电池长期未用,导致内阻增大,电动势基本不变,且仍能正常调零,这将导致测量的结果_______。（选填“偏大”、“偏小”或“准确”）
准确
[解析] 由于电池的电动势不变,根据上面的分析可知,测量的结果准确。
分析问题.（1）欧姆表的原理是什么？
（2）欧姆表的指针偏转角度与什么有关？
[答案] （1）闭合电路欧姆定律。（2）指针偏转角度与电流成正比。
欧姆表是依据闭合电路欧姆定律制成的,熟练应用闭合电路欧姆定律是解决这类问题的关键。在欧姆表组成的闭合回路中,由于电流和电阻的非线性关系,表盘上电流刻度是均匀的,其对应的电阻刻度是不均匀的,电阻的零刻度在电流满刻度处
[活动2]引起欧姆表测量误差的因素
例3 简单欧姆表原理示意图如图所示,其中电流表的满偏电流 ,内阻 ,可变电阻 的最大阻值为 ,电池的电动势 ,内阻 ,图中与接线柱 相连的表笔颜色应是_____色,接正确使用方法测量电阻 的阻值时,指针指在刻度盘的正中央,则 ____ 。若该欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小,内阻变大,但此表仍能调零,按正确使用方法再测上述 ，其测量结果与原结果相比较_______（选填“变大”、“变小”或“不变” ）。
红
5
变大
[解析] 欧姆表是电流表改装的,必须满足电流的方向“+”进“-”出,即回路中电流从标有“+”标志的红表笔进去,所以与 相连的表笔颜色是红色；当两表笔短接 时,电流表应调至满偏电流 ,设此时欧姆表的内阻为 ，则有 ，解得 ；当指针指在刻度盘的正中央时有 ,代入数据可得 ；当电池电动势变小、内阻变大时,欧姆表得重新调零,由于满偏电流 不变,由公式 可知,欧姆表内阻 得调小,待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出来的,由 ,可知当 变小时, 变小,指针跟原来的位置相比偏左,欧姆表的示数变大。
分析问题.（1）欧姆表的内阻与中值电阻有何关系？
（2）如果欧姆表能够欧姆调零,影响测量结果的是什么因素？
[答案] （1）相等。 （2）电源的电动势。
欧姆表的本质是假设电动势不变测电流。而欧姆表内阻包括电源内阻、表头内阻及可调电阻，电源内阻变化对整体没有影响
1.（任务1）电源电动势为 ，内阻为 ，向可变电阻 供电。关于路端电压，下列说法中正确的是( @39@ )。
A.因为电源电动势不变，所以路端电压也不变
B.因为 ，所以当 增大时，路端电压也增大
C.因为 ，所以当 增大时，路端电压也增大
D.因为 ，所以当 增大时，路端电压下降
D
[解析] 电动势不变，当外电阻阻值变化时，干路电流变化，根据 可知路端电压发生变化，A项错误；在应用 判断路端电压变化时，必须明确 、 的变化情况， 、 两项错误；因为 和 不变，根据 ,所以当 增大时，路端电压下降，D项正确。
2.（任务1）（多选）如图所示， 为定值电阻， 为可变电阻， 为电源电动势， 为电源内阻，以下说法中正确的是( @41@ )。
A.当 时， 获得最大功率 B.当 时， 获得最大功率
C.当 时， 获得最大功率 D.当 时，电源的输出功率最大
AC
[解析] 讨论 的电功率时，可将 视为电源内阻的一部分，即将原电路等效为外电阻 与电动势为 、内阻为 的电源（等效电源）连成的闭合电路（如图甲所示）， 的电功率等效为电源的输出效率，显然当 时， 获得的电功率最大，A项正确；讨论 的电功率时，由于 为定值电阻，根据 知，电路中电流越大， 上的电功率就越大 ，所以，当 时，等效电源内阻最小（等于 ）（如图乙所示）， 获得的电功率最大，B项错误，C项正确；讨论电源的输出功率时， 为外电阻，内阻 恒定，由于题目没有给出 和 的具体数值，所以当 时，电源输出功率不一定最大，D项错误。
3.（任务2）一个由满偏电流为 的电流表改装而成的欧姆表，调零后用它测量 的标准电阻时，指针恰好在刻度盘正中间，如果用它测量一个未知电阻时，指针在 处，则被测电阻为( @43@ )。
A. B. C. D.
A
[解析] 依题意可知欧姆表内阻 ，当测 时， ；当测未知电阻 时， ，解得 。
4.（任务2）欧姆表的工作原理图如图所示。
（1） 若表头的满偏电流 ，干电池的电动势为 ，把灵敏电流表的电流刻度值对应的欧姆表电阻值填在下表中：
电流刻度 0
电阻刻度
[答案] 0
[解析] 对应电流“0”刻度的电阻刻度为“ ”，对应满偏电流“ ”刻度的电阻刻度为“0” ，所以调零时，由闭合电路的欧姆定律有 ，得欧姆表总内阻 。测量电阻 时有 ,得
当 时，
当 时，
当 时， 。
（2） 这只欧姆表的总内阻为_______ ，表针偏转到满刻度的 时，待测电阻为_______ 。
3000
6000
[解析] 当表针偏转到满刻度的 处时，通过欧姆表的电流
。