2024版新教材高中物理 第十二章 电能 能量守恒定律 2.闭合电路的欧姆定律学生用书 新人教版必修第三册.docx

1、2闭合电路的欧姆定律核心素养定位物理观念(1)知道电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置，知道电动势的定义式(2)能根据闭合电路的欧姆定律解释路端电压与负载的关系知道欧姆表测量电阻的原理科学思维理解闭合电路的欧姆定律，通过探究电源两端的电压与电流的关系体会图像法在研究物理问题中的作用科学探究经历闭合电路的欧姆定律的理论推导过程，理解内、外电路的能量转化，体会能量转化、守恒定律在电路中的具体应用科学态度与责任了解电源短路可能会带来的危害，加强安全用电意识一、电动势1非静电力(1)非静电力：在电源内部要使正电荷向正极移动，就一定要有一种与静电力方向相反的力作用于电荷，这种力叫作非静电

2、力(2)来源：在化学电池中，非静电力是_作用，它使化学能转化为电势能；在发电机中，非静电力是_作用，它使机械能转化为电势能2电源通过非静电力做功把_的能转化为电势能的装置3电动势(1)定义：非静电力所做的_与所移动的_之比叫作电动势(2)公式：E_ 由电源本身性质决定(3)单位：伏特(V)(4)大小：电动势在数值上等于非静电力把_的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功二、闭合电路的欧姆定律及其能量分析1闭合电路(1)闭合电路是指由电源和_及导线组成的完整的电路(2)内电路：如图所示，_的电路叫内电路，_的电阻叫内电阻(3)外电路：_的电路叫外电路，外电路的电阻称为外电阻2闭合电路中的能量转化

3、(1)时间t内电源输出的电能(等于非静电力做功的大小)为WEq_(2)在时间t内，外电路转化的内能为Q外_内电路转化的内能为Q内_(3)根据能量守恒定律，非静电力做的功WQ外Q内，即EIt_，进一步得IER+r.3闭合电路的欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流跟电源的_成正比，跟_成反比(2)表达式：IER+r. 干路电流(3)另一种表达形式：E_即电源的电动势等于内、外电路_之和4内电压、路端电压与电动势的关系内电路的电势降落称为U内，外电路总的电势降落称为U外三、路端电压与负载的关系1负载：外电路中的用电器2路端电压：外电路的电势降落3路端电压与电流的关系(1)公式：U_(2)电源的U-I图

4、像【情境思考】疫情防控期间，学校要求严格实行体温每日三检制度体温检测员小张同学仔细研究了班里的额温枪及其技术参数，发现它以两节干电池(内阻不可忽略)为电源，工作电流为5 mA，能通过传感器检测人体向外辐射的红外线，根据红外线能量的强弱，快速、准确且无接触地测量体温工作温度：045 (建议1645 )电源：21.5 V 工作电流：5 mA待机电流：10 A 测量时间：1 s测量精度：0.2 (1635 ) 显示精度：0.1 量程：060 (超出3542 精度下降)根据以上描述，判断以下问题(1)额温枪工作时，电池组两极间的电压为3 V()(2)若换用两节充满电的800 mAh充电电池，则可测温5

5、.76104次()(3)额温枪工作时，电路中每通过1 C电荷，每节电池都能把1.5 J化学能转化为电能()拓展 1几种电源：电源型号每通过1 C电荷增加的能量干电池15 V1.5 J锌锰电池15 V1.5 J碱性电池9 V9 J铅蓄电池2 V2 J金属锂电池37 V3.7 J拓展 2常用的不同型号的干电池，如1号、5号、7号干电池，其电动势一般都为1.5 V，这说明了什么？提示：说明了不同型号干电池的非静电力做功的能力相同，在电池内非静电力把1 C的正电荷从干电池的负极移到正极所做的功都是1.5 J拓展 3电动势与电压的区别如图所示，电压表的示数就是电源的电动势吗？提示：不是电压表示数近似等于

6、电源电动势说明：电动势和电压是两个不同的概念，电压跟静电力对应，电动势跟非静电力对应拓展4根据能量守恒定律，非静电力做的功应等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和，即EItI2RtI2rt，得出EUIr.拓展 5教材问题在U-I图像中，当外电路断开时，路端电压等于图像的纵轴截距，即UE当电源两端短路时，由于电源有内阻，电流不是无限大，图像横轴的截距等于外电路短路时的电流I0Er.目标一电动势的理解【归纳】1电源电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置(1)在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能(2)在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械

7、能转化为电势能2电动势(1)电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，做功本领越强，则电动势越大(2)公式EWq是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的，不同种类的电源电动势大小不同(3)电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功【典例】例1 下列有关电动势的说法正确的是()A电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比B电源的电动势等于电源没有接入电路时电源两极间的电压，当电源接入电路时，电动势将发生改变C.非静电力做的功越多，电动势越大DEW

8、q只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定训练1关于电源和电动势，下列说法中正确的是()A在电源内部非静电力把正电荷从正极移动到负极B对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大C电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量D电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极向正极移送电荷量越多训练2(多选)如图所示为一块手机电池的背面印有的一些信息，下列说法正确的是()A该电池的容量为500 mAh，表示电池储存能量的多少，mAh为能量单位B该电池的电动势为3.6 VC该电池在工作1 h后达到的电流为500 mAD若电池以10 mA的电流工作

9、，可用50 h目标二闭合电路欧姆定律的理解【归纳】1内、外电路中的电势变化如图所示，外电路中电流由电源正极流向负极，沿电流方向电势降低，内电路中电流由电源负极流向正极，沿电流方向电势升高2闭合电路的欧姆定律的表达形式表达式物理意义适用条件IER+r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EI(Rr)EU外IrEU外U内电源电动势在数值上等于电路中内、外电压之和式适用于纯电阻电路、式普遍适用【典例】例2 在闭合电路中，下列叙述正确的是()A当外电路断开时，路端电压等于零B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C当外电路短路时，电路中的电流趋近于无穷大D当外电阻

10、增大时，路端电压将减小例3 在如图所示的电路中，R19 ，R25 ，当a、b两点接理想电流表时，其读数为0.5 A；当a、b两点间接理想电压表时，其读数为1.8 V求电源的电动势和内电阻思维提升闭合电路问题的求解方法(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，电流表测量哪个用电器的电流(2)求干路中的电流：若各电阻阻值和电动势都已知，可用闭合电路的欧姆定律直接求出，也可以利用各支路的电流之和来求(3)应用闭合电路的欧姆定律解决问题时，应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训练3如图所示，R30.5 ，S断开时，两表读数分别

11、为0.8 A和4.8 V，S闭合时，它们的读数分别变为1.4 A和4.2 V两表均视为理想表(1)求R1、R2的阻值(2)求电源的电动势和内阻训练4如图所示，M为一线圈电阻RM0.5 的电动机，R8 ，电源电动势E10 V，当S断开时，电流表的示数I11 A，当开关S闭合时，电流表的示数为I23 A电流表为理想电表(1)求电源内阻r.(2)求开关S断开时，电阻R消耗的功率P.(3)求开关S闭合时，通过电动机M的电流大小IM.目标三 路端电压与负载的关系【导思】我们常见到这样的情景，傍晚时段，万家灯火，但是灯光较暗；而夜深人静的时候，灯光特别亮在家用电器使用中，打开大功率的空调后，你会发现灯泡会

12、变暗，而关掉空调后灯泡又会马上亮起来如何解释上述现象呢？【归纳】1路端电压随外电阻变化的规律(1)当外电阻R增大时，由IER+r可知电流I减小，路端电压UEIr增大(2)当外电阻R减小时，由IER+r可知电流I增大，路端电压UEIr减小(3)两种特殊情况：当外电路断开时，电流I变为0，UE，即断路时的路端电压等于电源电动势；当电源短路时，外电阻R0，此时IEr.2.由UEIr知，电源的U-I图像是一条倾斜的直线如图所示，图像中U轴截距E表示电源电动势，I轴截距I0等于短路电流(纵、横坐标都从零开始)，斜率的绝对值表示电源的内阻【典例】例4 电源电动势为E，内阻为r，向可变电阻R供电关于路端电压

13、，下列说法正确的是()A因为电源电动势不变，所以路端电压也不变B因为UIR，所以当I增大时，路端电压也增大C因为UEIr，所以当I增大时，路端电压减小D.若外电路断开，则路端电压为零训练5如图所示是甲、乙为两个独立电源的路端电压U与通过它们的电流I的关系图线，下列说法中正确的是()A路端电压都为U0时，它们的外电阻相等B电流都是I0时，两电源的内电压相等C电源甲的电动势小于电源乙的电动势D电源甲的内阻小于电源乙的内阻目标四欧姆表的原理【归纳】1欧姆表的原理(如图所示)2欧姆表表盘的刻度标注刻度标注方法标注位置“0 ”红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针满偏，被测电阻Rx0满偏电流Ig处“”

14、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rRRgR刻度盘正中央“Rx”红、黑表笔接Rx，IxEr+R+Rg+Rx，Rx与Ix一一对应与Rx对应电流Ix处3.欧姆表的表盘刻度特点(1)欧姆表的表盘刻度不均匀且与其他电表(如电流表、电压表)的刻度是相反的(2)从表盘上看，“左密右疏”，电阻零刻度线是电流最大刻度，电阻“”刻度线是电流零刻度，欧姆表可测阻值为0的电阻4欧姆表测电阻的误差分析使用旧电池给测量带来误差：电池使用较长时间后，电动势会下降，会使电阻测量值偏大，要及时更换新电池，由于调零电阻的存在，电池内阻的变化不会引起误差例5 欧姆表是在电流表的基础上改装而成的

15、欧姆表内有电源，其简化电路如图所示设电源的电动势为E，内阻为r，电流表的电阻为Rg，可调电阻为R1，电流表的满偏电流为Ig.(1)测量前需将红、黑表笔短接(相当于被测电阻为0)，调节可调电阻R1使电流表满偏，根据闭合电路欧姆定律，电流表的满偏电流Ig_(用题目中给出的物理量表示)(2)此后，将红、黑表笔之间接入待测电阻Rx，电流表指针指在Ix处，由闭合电路欧姆定律可得Rx_(用题目中给出的物理量表示)(3)若电流表的满偏电流Ig200 mA，电源电动势E3 V，请把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(mA)050100150200电阻刻度()_1550(4)现测量一个待测电

16、阻大约180 左右的电阻，需要选择开关旋转到欧姆挡_(选填“1”“10”或“100”)位置训练6把一量程6 mA、内阻100 的电流表改装成欧姆表，电路如图所示现备有如下器材：A.电源E3 V(内阻不计)；B.滑动变阻器0100 ；C.滑动变阻器0500 ；D.红表笔；E.黑表笔(1)滑动变阻器选用_(2)红表笔接_端，黑表笔接_端(选填“M”或“N”)(3)按正确方法测量Rx，指针指在电流表2 mA刻度处，则电阻值应为_；若指在电流表3 mA刻度处，则电阻值应为_(4)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电阻Rx，其测量结果与原结果相比将

17、_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)1(多选)关于电源，下列说法中正确的是()A电源的电动势和电压单位相同，因此电动势就是电压B.电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置C电源的电动势EWq表明，电源的电动势大小与非静电力做的功成正比D电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，非静电力做功使电荷的电势能增加2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铅蓄电池比干电池(电动势为1.5 V)的体积大，故电动势

18、大3.如图所示为某一电源的U-I图线，由图可知()A电源电动势为2 VB电源内电阻为13C电源短路时电流为6 AD电路路端电压为1 V时，电路中电流为4 A4.如图所示的是握力计的原理图，其中弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起，AB间有可收缩的导线，R0是保护电阻，电压表示数会随压力变化而变化不计AB间可收缩导线的电阻的变化，则当握力F增加时，电压表的示数将()A变大 B变小C不变 D无法确定5.如图所示的电路中，当开关S接a点时，标有“4 V8 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(1)求电阻R的阻值(2)求电源的电动势和内阻2闭合

19、电路的欧姆定律导学掌握必备知识一、1(2)化学电磁2其他形式3(1)功电荷量(2)Wq(4)1 C二、1(1)用电器(2)电源内部电源(3)电源外部2(1)EIt(2)I2RtI2rt(3)I2RtI2rt3(1)电动势内、外电路的电阻之和(3)U外U内电势降落三、3(1)EIr情境思考答案：(1)(2)(3)共研突破关键能力目标一例1解析：电动势的关系式EWq是比值定义式而非决定式，不能说E和W成正比，和q成反比，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定，故A错误，D正确；电源电动势是表示电源将其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，其大小与外电路无关，电源电动势大小等于电源没有接入电路时电源

20、两极间的电压，故B错误；非静电力做的功多，若移动电荷的电荷量很大，电动势不一定大，故C错误答案：D训练1解析：在电源内部非静电力把正电荷从负极移动到正极，A错误；对于给定的电源，非静电力把单位正电荷从负极向正极移做功越多，电动势就越大，B、D错误；电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量，C正确答案：C训练2解析：电池上的3.6 V表示电池的电动势，500 mAh表示电池的容量，可以由电池容量计算电池在一定放电电流下使用的时间，由500 mAht10 mA得，t50 h电池的容量表示电池工作时能移动的电荷量的多少，mAh是电荷量单位，故A、C错误，B、D正确答案：BD目标二例2

21、解析：根据闭合电路欧姆定律UEIr可知，当外电路断开时，电流I0，路端电压UE，A错误；根据闭合电路欧姆定律IER+r可知，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，B正确；当外电路短路时，R0，短路电流I短Er，电源内阻r0，所以电路中的电流不会趋近于无穷大，C错误；当外电阻增大时，电流减小，内电压减小，路端电压将增大，D错误答案：B例3解析：当a、b两点间接理想电流表时，R1被短路，回路中的电流I10.5 A，由闭合电路欧姆定律得EI1(R2r)，当a、b两点间接理想电压表时，回路中的电流I21.89A0.2 A，由闭合电路欧姆定律得EI2(R2R1r)，联立解得E3

22、 V，r1 .答案：3 V1 训练3解析：(1)当S断开时R1U1I16 ，当S闭合时R并U2I23 ，根据并联电阻的特点得R并R1R2R1+R2，解得R26 .(2)当S断开时，由闭合电路欧姆定律得EI1(R3r)U1，当S闭合时，EI2(R3r)U2，解得E5.6 V，r0.5 .答案：(1)6 6 (2)5.6 V0.5 训练4解析：(1)当S断开时，根据闭合电路欧姆定律EI1(Rr)即101(8r)，解得r2 .(2)电阻R消耗的功率PI12R128 W8 W.(3)路端电压UEI2r(1032)V4 V，R支路电流IRUR48 A0.5 A，电动机的电流IMI2IR(30.5)A2.

23、5 A.答案：(1)2 (2)8 W(3)2.5 A目标三提示：用电高峰时段或打开大功率的空调后，电路中接入了较多的用电器，由于这些用电器是并联的，总电阻变小了，干路电流就会变大，干路导线中的电阻消耗的电压多，灯泡两端的电压变小，因此灯泡的亮度就变暗了例4解析：路端电压UIREIr，因为I增大时，R减小，所以不能用UIR判断路端电压的变化情况，根据UEIr可知，当I增大时，路端电压减小，所以A、B错误，C正确；当外电路断开时，路端电压为E，D错误答案：C训练5解析：当路端电压为U0时，回路电流也相同，R外U0I0相同，A正确；纵轴截距表示电动势，故电源甲的电动势大于电源乙的电动势，C错误；斜率

24、的绝对值表示内阻的大小，故电源甲的内阻大于电源乙的内阻，故D错误；由于二者内阻不同，故电流为I0时内电压不相等，B错误答案：A目标四例5解析：(1)欧姆调零时，两表笔短接，电流表满偏，则根据闭合电路欧姆定律，可以写出此时电路的电流的大小IgERg+r+R1.(2)接入待测电阻后，同样根据闭合电路欧姆定律有IxERx+Rg+r+R1，解得RxEIx-EIg.(3)两表笔直接相连欧姆调零时，由闭合电路欧姆定律有EIgR内，两表笔之间接有Rx未知电阻时，电流指针为Ix50 mA，由闭合电路欧姆定律得EIx(R内Rx)解得Rx45 .(4)指针指在表盘的中央处左右时，读数较准确，由于待测电阻大约为18

25、0 ，而表盘中央刻度为15，所以要使表针指在中央左右，则倍率应选择“10”答案：(1)ERg+r+R1(2)EIx-EIg(3)45(4)10训练6解析：(1)两表笔直接接触时，调节滑动变阻器的阻值使电流达到满偏IgERg+R0，解得R0400 ，故滑动变阻器应选C.(2)红表笔接内部电源的负极，黑表笔接内部电源的正极，所以红表笔接N端，黑表笔接M端(3)电流I2 mA时，有IERg+R0+Rx，解得Rx1 000 .电流I3 mA时，IERg+R0+Rx，解得Rx500 .(4)当电池电动势变小，内阻变大时，欧姆表重新调零，由于满偏电流Ig不变，由公式IgEr内，欧姆表内阻得调小，待测电阻的

26、阻值是通过电流表的示数体现，由公式IERx+r内Igr内Rx+r内IgRxr内+1，可知当r内变小时，接入同样的被测电阻，通过的电流变小，欧姆表读数变大答案：(1)C(2)NM(3)1 000 500 (4)偏大精练落实学科素养1解析：电源的电动势和电压单位相同，但是电动势与电压是不同的概念，A错误；电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置，B正确；电源的电动势EWq是定义式，电源的电动势由电源本身性质决定，与非静电力做的功无关，C错误；电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，非静电力做功使电荷的电势能增加，D正确答案：BD2解析：铅蓄电池的电动势为2 V，表示非静电力将1 C正电

27、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错误答案：B3解析：在U-I图线中，纵轴截距表示电源电动势，A正确；横轴截距表示短路电流，C错误；U-I图线斜率的绝对值表示电源的内电阻，则r2-0.86 0.2 ，B错误；当电路路端电压为1 V时，内电阻分得的电压U内EU外2 V1 V1 V，则电路中的电流IU内r10.2 A5 A，D错误答案：A4解析：当握力F增加时，AB间距减小，则滑动变阻器接入电路的电阻变大，电路的总电阻变大，总电流减小，则R0和电源内阻的电压减小，则滑动变阻器两端电压变大，即电压表的示数将变大故选A.答案：A5解析：(1)当开关S接b点时，由欧姆定律得，电阻R的阻值为RU2I251 5 .(2)当开关S接a时，U14 V，I1P1U184 A2 A，根据闭合电路的欧姆定律得EU1I1r，EU2I2r联立解得E6 V，r1 .答案：(1)5 (2)6 V1