人教版高中物理必修第三册 第十二章 电能能量守恒定律 2 闭合电路的欧姆定律 课件(共58张PPT)

(共58张PPT)
第十二章　电能　能量守恒定律
2.闭合电路的欧姆定律
核心素养 素养目标
物理观念 1.知道内电路、外电路、内电压、外电压和电动势的概念.
2.知道电流通过电源内阻和外阻消耗的能量之和等于电源消耗的能量.
科学思维 会用闭合电路欧姆定律分析路端电压与外电阻的关系，并能进行相关的电路分析和计算.
科学探究 经历电动势概念的建立过程，体验能量的转化和守恒在电路中的应用.
一、电动势
教材认知
引入　日常生活中我们经常接触到各种各样的电源，如图所示的干电池、手机电池，它们有的标有“1.5 V”字样，有的标有“3.7 V”字样.
（1）如果把5 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，电荷的电势能增加了多少？非静电力做了多少功？如果把2 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢？
提示：（1）电势能增加了7.5 J，非静电力做功7.5 J；电势能增加了7.4 J，非静电力做功7.4 J.
（2）是不是非静电力做功越多电源把其他形式的能转化为电能的本领就越大？如何描述电源把其他形式的能转化为电能的本领？
提示：（2）不是，用非静电力做的功与移动的电荷量的比值来反映电源把其他形式的能转化为电能的本领.
外电路　
内阻　
非静电力　
伏　
无关　
无关　
【拓展深化】　电动势和电压的区别
项目 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 非静电力做功，其他形式的能转化为电能
定义式
单位 伏特（V） 伏特（V）
A. 电动势由电源中非静电力的特性决定
B. 电动势越大，表明电源储存的电能越多
C. 电动势在数值上等于未接入电路时电源两端的电压
D. 电动势等于把1 C的正电荷在电源内部从负极移到正极非静电力做的功
B
解析：电动势是描述电源把其他形式的能转化为电势能本领的物理量，是非静电力做功能力的反映，由非静电力的特性决定，故A正确；电动势越大，表明电源将其他形式的能转化为电势能的本领越大，但不表明电源储存的电能越多，故B错误；电源未接入电路时，电流I＝0，由闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，可知U＝E，所以电动势在数值上等于未接入电路时电源两端的电压，故C正确；电动势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搬运到正极所做的功，故D正确.
A. 铅蓄电池两极间的电压为2 V
B. 干电池能在1 s内将1.5 J的化学能转化成电能
C. 铅蓄电池接入不同电路中，电动势会发生变化
D. 电路中通过相同的电荷量时，铅蓄电池比干电池中非静电力做的功多
D
解析：当铅蓄电池不接入电路时，两极间的电压为2 V，当接入电路时，两极间的电压小于2 V，故 A错误；干电池的电动势为1.5 V，根据W＝qU知，电路中每通过1 C的电荷量，电池把1.5 J的化学能转化为电能，与时间无关，故B错误；电动势表示电源将其他形式的能转化为电能的本领，与电源接入的电路无关，故C错误；根据W＝qU可知，电路中通过相同的电荷量时，铅蓄电池比干电池中非静电力做的功多，故D正确.
二、闭合电路的欧姆定律
教材认知
引入　如图所示为闭合电路的组成示意图.
探究：若电源电动势为E，闭合开关，电路中的电流为I，在时间t内非静电力做功为多少？内、外电路中产生的热量分别为多少？它们之间有怎样的关系？
提示：EIt　I2rt　I2Rt　EIt＝I2rt＋I2Rt

降低　
升高
【拓展深化】　闭合电路欧姆定律的表达形式
表达式 物理意义 适用条件
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＋Ir②
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.
②③式普遍适用
典题讲练
[典例2]　如图所示的电路中，当开关S接a点时，标有“4 V　8 W”的小灯泡L正常发光，当开关S接b点时，通过电阻R的电流为1 A，这时电阻R两端的电压为 5 V. 求：
（1）电阻R的阻值；
答案：（1）5 Ω
（2）电源的电动势和内阻.
答案：（2）6 V　1 Ω
名师点评
解决闭合电路问题的一般步骤
（1）分析电路特点：认清各元件之间的串、并联关系，特别要注意电压表测量哪一部分的电压，电流表测量流过哪个用电器的电流.
（2）应用闭合电路的欧姆定律求干路中的电流.
（3）根据部分电路的欧姆定律和电路的串、并联特点求出部分电路的电压和电流.
A. 3.15 V B. 3.6 V
C. 2.8 V D. 3.0 V
C
三、路端电压与负载的关系
教材认知
引入　在如图所示的电路中，电源的电动势E＝10 V，内阻r＝1 Ω，试求当外电阻分别是3 Ω、4 Ω、9 Ω时所对应的路端电压.通过数据计算，你发现了怎样的规律？
提示：路端电压分别为7.5 V、8 V、9 V. 随外电阻的增大，路端电压逐渐增大.
【知识梳理】
2. 路端电压U与电流I的关系
用电器　
电势降落
E－Ir　
电动势　
内阻　
3. 两种特殊情况
无穷大　
零　
零　
E　
零　
【拓展深化】　路端电压U外与外电阻R之间的关系
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 R↑ R→∞ R↓ R→0
I↓ I→0 I↑
内电压U'＝Ir＝E－IR U'↓ U'→0 U'↑ U'→E
路端电压U外＝IR＝E－Ir U外↑ U外→E U外↓ U外→0
典题讲练
A. 电源电动势EA＝EB
B. 电源内阻rA＝rB
C. 电源A的短路电流为0.2 A
D. 电源B的短路电流为0.3 A
BD
名师点评
　　图像是物理学中的一种表达形式，解题时要明确其斜率、截距等的含义.
A. Ea＝Eb、ra＜rb
B. Ea＞Eb、ra＜rb
C. 若将同一定值电阻分别接在两电源上时，通过电源的电流关系为Ia＞Ib
D. 若将两电源分别接入电路，当通过电源的电流相等时路端电压的关系为Ua＜Ub
AC
闭合电路欧姆定律的应用——电阻表的原理
1. 原理：闭合电路的欧姆定律
电阻表状态 电路图 I与Rx的对应性 刻度特点
两表笔短路
（调零） 表头电流满偏（Ig），对应电阻表零刻度（右侧）
两表笔
断路
相当于被测电阻Rx＝∞，此时I＝0，指针不偏转 表头电流I＝0，对应电阻表∞刻度（左侧）
电阻表状态 电路图 I与Rx的对应性 刻度特点
测量电
阻Rx 表头电流I与电阻Rx一一对应，但I与Rx不是线性关系，故表盘刻度不均匀
2. 电阻表的刻度
（2）电阻表的电阻零刻度线是电流最大刻度处，在刻度盘最右侧，电阻表电阻“∞”刻度是电流零刻度处，所以电阻表偏角越大，表明被测电阻的阻值越小.
特别提醒：（1）使用电阻挡测电阻时，指针的偏角越大，测量电阻值越小；指针的偏角越小，测量电阻值越大.
（2）流过电阻表的电流是自己内部电源提供的，流过电压表和电流表的电流是外电路的电源提供的.
[典例]　如图所示是电阻表的工作原理图.
（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值填在下表中：
电流刻度 0 200 μA 300 μA 500 μA
电阻刻度 ∞ 4.5×103 Ω 2×1 03 Ω 0
4.5×103 Ω
2×103 Ω
3 000　
6 000
名师点评
AD
A. 该电源电动势为1.5 V
B. 图1中A处接黑表笔，B处接红表笔
C. 应在刻度2.5 mA处标注250 Ω
D. 应在刻度4 mA处标注75 Ω
解析：电阻表的电流从黑表笔流出，从红表笔流入，所以A处应该接红表笔，B处接黑表笔；根据闭合电路欧姆定律，满偏时E＝Ig（Rg＋r＋R），接入R1＝200 Ω的电阻时，有E＝I（Rg＋r＋R＋R1），联立解得电动势E＝1.5 V，r＋R＝270 Ω，故A正确，B错误；根据闭合电路的欧姆定律，当流过毫安表的电流为2.5 mA时有E＝I1（Rg＋r＋R＋R2），代入数据解得R2＝300 Ω，故C错误；当流过毫安表的电流为4 mA时有E＝I2（Rg＋r＋R＋R3），代入数据解得R3＝75 Ω，故D正确.
随堂检测
A. 电源的电动势越大，电源所能提供的电能就越多
B. 对于给定的电源，移动电荷时非静电力做功越多，电动势就越大
C. 电源接入电路后，其两端的电压越大，电源的电动势也越大
D. 干电池的电动势为1.5 V，表示当1 C的电荷量通过干电池时有1.5 J的化学能转化为电能
D
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解析：电源的电动势反映其将其他形式的能转化为电能的本领，电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移动单位正电荷做功越多，但电源提供的电能不一定多，A错误；电动势的大小等于把单位正电荷在电源内从负极移送到正极非静电力所做的功，B错误；电源接入电路后，其路端电压除了与电动势大小有关以外，还与内外电阻的比值有关，而电源的电动势是由电源本身的性质决定的，与外电路无关，C错误；干电池的电动势为1.5 V，表示当1 C的电荷量通过干电池时有1.5 J的化学能转化为电能，D正确.
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BD
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A. 0.1 V B. 0.2 V
C. 0.3 V D. 0.4 V
D
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A. 30～80 kΩ B. 3～8 kΩ
C. 300～800 Ω D. 30～80 Ω
B
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课时作业（二十一）
[基础训练]
A. 若外电压增大，则内电压增大，电源电动势也会随之增大
B. 若外电压减小，内电阻不变，内电压也就不变，电源电动势必然减小
C. 若外电压不变，内电压减小，则电源电动势也会随内电压减小
D. 若外电压增大，内电压减小，则电源的电动势始终等于二者之和
D
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A B C D
解析：选项B的电阻表中没有可调电阻，B错误；选项 A、D电流表的负极接到了内部电源的正极， A、D错误；红表笔应接内部电源的负极，黑表笔应接内部电源的正极，C正确.
C
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3. （2025·山东济宁一中月考）某电源的路端电压与电流的关系图线如图所示，用此电源与三个阻值均为3 Ω的电阻连接成电路，测得路端电压为4.8 V，则该电路可能为（　 　）
A B C D
B
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A. 电源甲的电动势大于电源乙的电动势
B. 电源甲的内阻小于电源乙的内阻
C. 路端电压都为U0时，电源甲的外电阻大于电源乙的外电阻
D. 电流都是I0时，两电源的内电压相等
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A. 1 Ω B. 2 Ω C. 3 Ω D. 4 Ω
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A. 1 V B. 1.2 V
C. 2 V D. 4 V
C
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A. 电压传感器1测得的是外电压
B. 电压传感器2测得的是电动势
C. 移动挡板，减小内阻，传感器1的读数增大
D. 滑动变阻器R阻值增大时，传感器2的读数增大
D
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红　
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[能力提升]
A. R1 B. R2 C. R3 D. R4
A
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A. 该电源电动势为3 V
B. 该电源电动势为4.5 V
C. 刻度1 mA处标注3 000 Ω
D. 刻度1.5 mA处标注1 500 Ω
B
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11. 如图甲所示电路，在滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙中的AC、BC两直线所示，不考虑电表对电路的影响.
（1）定值电阻R0的阻值、滑动变阻器的总电阻R分别为多少？
答案：（1）3 Ω　12 Ω
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（2）求出电源的电动势和内阻；
答案：（2）8 V　1 Ω
解析：（2）根据闭合电路欧姆定律E＝U2＋Ir可得E＝7.5＋0.5r（V），E＝6＋2r（V），解得E＝8 V，r＝1 Ω.
（3）电源的工作效率什么时候最大，最大效率是多少？
答案：（3）R最大时电源的工作效率最大，为93.75％
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