12.2閉合電路的歐姆定律-2023-2024學(xué)年高二物理（人教版2019必修第三冊(cè)）（原卷版）

第十二章電能能量守恒定律第2節(jié)閉合電路的歐姆定律課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)理解閉合電路歐姆定律。會(huì)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻1.理解電動(dòng)勢(shì)的概念.2.了解外電路、內(nèi)電路，知道電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電路電勢(shì)降落之和.3.理解閉合電路歐姆定律的內(nèi)容，把握其表達(dá)式．4.理解路端電壓隨負(fù)載的變化規(guī)律.5.了解歐姆表的原理，并能解決簡(jiǎn)潔問(wèn)題．（一）課前閱讀：1.日常生活中我們經(jīng)常接觸到各種各樣的電源，如圖所示的干電池、手機(jī)電池，它們有的標(biāo)有“1.5V”字樣，有的標(biāo)有“3.7V”字樣．(1)假如把5C的正電荷從1.5V干電池的負(fù)極移到正極，電荷的電勢(shì)能增加了多少？非靜電力做了多少功？假如把2C的正電荷從3.7V的手機(jī)電池的負(fù)極移到正極呢？(2)是不是非靜電力做功越多電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本事就越大？如何描述電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本事？2.如圖為閉合電路的組成．(1)在外、內(nèi)電路中，沿著電流方向，各點(diǎn)電勢(shì)如何變化？(2)若電源電動(dòng)勢(shì)為E，電路中的電流為I，在t時(shí)間內(nèi)非靜電力做功多少？?jī)?nèi)、外電路中產(chǎn)生的焦耳熱分別為多少？它們之間有怎樣的關(guān)系？(3)閉合電路的電流I與電動(dòng)勢(shì)E、外電阻R和內(nèi)電阻r的關(guān)系怎樣？3.在如圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝10V，內(nèi)電阻r＝1Ω，試求當(dāng)外電阻分別是3Ω、4Ω、9Ω時(shí)所對(duì)應(yīng)的路端電壓．通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算，你發(fā)覺(jué)了怎樣的規(guī)律？4．依據(jù)閉合電路歐姆定律寫(xiě)出路端電壓U與干路電流I之間的關(guān)系式，并畫(huà)出U－I圖像．（二）基礎(chǔ)梳理一、電動(dòng)勢(shì)1．非靜電力：電源把正電荷從負(fù)極搬運(yùn)到正極的力．2．電源：通過(guò)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置．3．電動(dòng)勢(shì)：(1)定義：所做的功與所移動(dòng)的電荷量之比叫作電動(dòng)勢(shì)．(2)公式：E＝eq\f(W,q).(3)單位：，用“”表示．(4)電動(dòng)勢(shì)與電源的無(wú)關(guān)，跟外電路的組成及變化無(wú)(選填“有”或“無(wú)”)關(guān)．【概念連接】非靜電力非靜電力的來(lái)源包括化學(xué)電池、溫差電源、一般發(fā)電機(jī)和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用，即洛倫茲力，變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的有旋電場(chǎng)也是一種非靜電力。在化學(xué)電池中，離子的溶解和沉積過(guò)的化學(xué)作用形成非靜電力;在溫差電源中，溫度差和電子濃度差相聯(lián)系的集中作用形成非靜電力;在一般發(fā)電機(jī)中，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用形成非靜電力，即洛倫茲力。二、閉合電路歐姆定律及其能量分析如圖所示電路：1.閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化(1)時(shí)間t內(nèi)電源輸出的電能(等于非靜電力做功的大小)為W＝Eq＝EIt.(2)在時(shí)間t內(nèi)，外電路轉(zhuǎn)化的內(nèi)能為Q外＝內(nèi)電路轉(zhuǎn)化的內(nèi)能為Q內(nèi)＝(3)依據(jù)能量守恒定律，非靜電力做的功W＝Q外＋Q內(nèi)，即EIt＝，進(jìn)一步得：I＝eq\f(E,R＋r).2．閉合電路的歐姆定律(1)內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的成正比，跟成反比．(2)表達(dá)式：I＝eq\f(E,R＋r).(3)另一種表達(dá)形式：E＝即：電源的電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外————之和．【即學(xué)即練】推斷下列說(shuō)法的正誤.(1)電源是通過(guò)靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置．()(2)把同一電源接在不同的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)也將變化．()(3)電動(dòng)勢(shì)就是電勢(shì)差，兩者沒(méi)有區(qū)分．()(4)電源的電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電源兩極之間的電壓．()三、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1．路端電壓的表達(dá)式：U＝2．路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律對(duì)于確定的電源，電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r是肯定的．(1)當(dāng)外電阻R增大時(shí)，由I＝eq\f(E,R＋r)可知電流I，路端電壓U＝E－Ir．(2)當(dāng)外電阻R減小時(shí)，由I＝eq\f(E,R＋r)可知電流I，路端電壓U＝E－Ir．(3)兩種特殊狀況：當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)，電流I變?yōu)?，U＝E，即斷路時(shí)的路端電壓等于．當(dāng)電源兩端短路時(shí)，外電阻R＝0，此時(shí)電流I＝eq\f(E,r).【即學(xué)即練】推斷下列說(shuō)法的正誤.(1)當(dāng)外電阻增大時(shí)，外電壓隨之增大．()(2)當(dāng)電源兩端短路時(shí)，路端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)．()(3)當(dāng)外電阻趨于無(wú)窮大時(shí)，外電壓大小等于電動(dòng)勢(shì)大?。?)四、歐姆表的原理歐姆表測(cè)電阻的原理是定律，歐姆表內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖所示．當(dāng)紅、黑表筆接觸時(shí)，電流表指針指在最大值Ig處．由Ig＝eq\f(E,Rg＋r＋R1)＝eq\f(E,RΩ)，得RΩ＝eq\f(E,Ig)；當(dāng)紅、黑表筆間接入被測(cè)電阻Rx時(shí)，通過(guò)表頭的電流I＝eq\f(E,Rx＋R1＋Rg＋r)＝eq\f(E,RΩ＋Rx).轉(zhuǎn)變被測(cè)電阻Rx的阻值，電流I隨著轉(zhuǎn)變，每個(gè)Rx值都對(duì)應(yīng)一個(gè)【即學(xué)即練】推斷下列說(shuō)法的正誤.(1)歐姆表的刻度盤(pán)是均勻的，由于電流I隨外電阻線性變化．()電動(dòng)勢(shì)1．電源電源是通過(guò)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置．(1)在化學(xué)電池(干電池、蓄電池)中，非靜電力是化學(xué)作用，它使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能．(2)在發(fā)電機(jī)中，非靜電力是電磁作用，它使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能．2．電動(dòng)勢(shì)(1)電源的電動(dòng)勢(shì)是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本事大小的物理量，即非靜電力移送相同電荷量的電荷做功越多，做功本事越強(qiáng)，則電動(dòng)勢(shì)越大．(2)公式E＝eq\f(W,q)是電動(dòng)勢(shì)的定義式而不是打算式，E的大小與W和q無(wú)關(guān)，是由電源自身的性質(zhì)打算的，不同種類的電源電動(dòng)勢(shì)大小不同．(3)電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功．【典例精析】例1．(多選)關(guān)于電源，下列說(shuō)法中正確的是()A．電源的電動(dòng)勢(shì)和電壓?jiǎn)挝幌嗤?，因此電?dòng)勢(shì)就是電壓B．電源是通過(guò)非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置C．電源的電動(dòng)勢(shì)E＝eq\f(W,q)表明，電源的電動(dòng)勢(shì)大小與非靜電力做的功成正比D．電源把正電荷從負(fù)極搬運(yùn)到正極的過(guò)程中，非靜電力做功使電荷的電勢(shì)能增加例2．鉛蓄電池的電動(dòng)勢(shì)為2V，這表示()A．電源將1C的正電荷從正極移至負(fù)極的過(guò)程中，2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹷．電源將1C的正電荷從負(fù)極移至正極的過(guò)程中，2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹸．鉛蓄電池在1s內(nèi)將2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹹．鉛蓄電池比干電池(電動(dòng)勢(shì)為1.5V)的體積大，故電動(dòng)勢(shì)大二、閉合電路歐姆定律及其能量分析1．內(nèi)、外電路中的電勢(shì)變化如圖所示，外電路中電流由電源正極流向負(fù)極，沿電流方向電勢(shì)降低，內(nèi)電路中電流由電源負(fù)極流向正極，沿電流方向電勢(shì)上升．2．閉合電路歐姆定律的幾種表達(dá)形式(1)I＝eq\f(E,R＋r)、E＝IR＋I(xiàn)r只適用于外電路為純電阻的閉合電路．(2)U外＝E－Ir，E＝U外＋U內(nèi)適用于任意的閉合電路，其中U外表示外電路的電勢(shì)降落，叫作路端電壓．【典例精析】例3．S閉合時(shí)，它們的讀數(shù)分別變?yōu)?.4A和4.2V．兩表均視為抱負(fù)表，求：(1)R1、R2的阻值；(2)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．例4．在如圖所示的電路中，R1＝2Ω，R2＝R3＝4Ω，當(dāng)開(kāi)關(guān)K接a時(shí)，R2上消耗的電功率為4W，當(dāng)開(kāi)關(guān)K接b時(shí)，電壓表示數(shù)為4.5V，試求：(1)開(kāi)關(guān)K接a時(shí)，通過(guò)電源的電流和電源兩端的電壓；(2)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻；(3)當(dāng)開(kāi)關(guān)K接c時(shí)，通過(guò)R2的電流．三、路端電壓與負(fù)載的關(guān)系1．路端電壓與負(fù)載的關(guān)系：U＝E－U內(nèi)＝E－eq\f(E,R＋r)r，隨著外電阻增大，路端電壓增大．當(dāng)外電路開(kāi)路時(shí)(外電阻無(wú)窮大)，路端電壓U＝E，這也供應(yīng)了一種粗測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)的方法，即用電壓表直接測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)．2.由U＝E－Ir知，電源的U－I圖像是一條傾斜的直線，如圖所示，圖像中U軸截距E表示【典例精析】例5．電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，向可變電阻R供電，關(guān)于路端電壓，下列說(shuō)法正確的是()A．由于電源電動(dòng)勢(shì)不變，所以路端電壓也不變B．由于U＝IR，所以當(dāng)I增大時(shí)，路端電壓也增大C．由于U＝E－Ir，所以當(dāng)I增大時(shí)，路端電壓減小D．若外電路斷開(kāi)，則路端電壓為零四、歐姆表測(cè)電阻的原理1．歐姆表的原理(如圖所示)2．歐姆表表盤(pán)的刻度標(biāo)注刻度標(biāo)注方法標(biāo)注位置“0Ω”紅、黑表筆短接，調(diào)整歐姆調(diào)零旋鈕，使指針滿偏，被測(cè)電阻Rx＝0滿偏電流Ig處“∞”紅、黑表筆不接觸，表頭指針不偏轉(zhuǎn)，被測(cè)電阻Rx＝∞電流為零處中值電阻Rx中＝r＋R＋Rg＝RΩ刻度盤(pán)正中心“Rx”紅、黑表筆接Rx，Ix＝eq\f(E,r＋R＋Rg＋Rx)，Rx與Ix一一對(duì)應(yīng)與Rx對(duì)應(yīng)電流Ix處3.歐姆表的表盤(pán)刻度特點(diǎn)(1)歐姆表的表盤(pán)刻度不均勻且與其他電表(如電流表、電壓表)的刻度是相反的．(2)從表盤(pán)上看，“左密右疏”，電阻零刻度線是電流最大刻度，電阻“∞”刻度線是電流零刻度，歐姆表可測(cè)阻值為0～∞的電阻．4．歐姆表測(cè)電阻的誤差分析使用舊電池給測(cè)量帶來(lái)誤差：電池使用較長(zhǎng)時(shí)間后，電動(dòng)勢(shì)會(huì)下降，會(huì)使電阻測(cè)量值偏大，要準(zhǔn)時(shí)更換新電池，由于調(diào)零電阻的存在，電池內(nèi)阻的變化不會(huì)引起誤差．【典例精析】例6．把一量程6mA、內(nèi)阻100Ω的電流表改裝成歐姆表，電路如圖所示，現(xiàn)備有如下器材：A.電源E＝3V(內(nèi)阻不計(jì))；B.滑動(dòng)變阻器0～100Ω；C.滑動(dòng)變阻器0～500Ω；D.紅表筆；E.黑表筆．(1)滑動(dòng)變阻器選用________．(2)紅表筆接________端，黑表筆接________端．(填“M”或“N”)(3)按正確方法測(cè)量Rx，指針指在電流表2mA刻度處，則電阻值應(yīng)為_(kāi)_______；若指在電流表3mA刻度處，則電阻值應(yīng)為_(kāi)_______．(4)若該歐姆表使用一段時(shí)間后，電池電動(dòng)勢(shì)變小，內(nèi)阻變大，但此表仍能調(diào)零，按正確使用方法再測(cè)上述電阻Rx，其測(cè)量結(jié)果與原結(jié)果相比將______(填“偏大”“偏小”或“不變”)．1.電動(dòng)勢(shì)與電壓的區(qū)分與聯(lián)系比較項(xiàng)目電動(dòng)勢(shì)電壓物理意義不同表示非靜電力做功將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本事表示靜電力做功將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本事數(shù)值大小意義不同數(shù)值上等于將單位電荷量的正電荷從電源內(nèi)由負(fù)極移到正極非靜電力所做的功數(shù)值上等于將單位電荷量的正電荷從導(dǎo)體一端移到另一端靜電力所做的功打算因素不同由電源本身打算由電源及導(dǎo)體的電阻、導(dǎo)體的連接方式打算測(cè)量方法將電壓表并聯(lián)于電源兩端將電壓表并聯(lián)于被測(cè)電路兩端聯(lián)系電路閉合：E＝U內(nèi)＋U外；電路斷開(kāi)：E＝U外2．閉合電路的組成3．閉合電路歐姆定律的表達(dá)形式表達(dá)式物理意義適用條件I＝eq\f(E,R＋r)電流與電源電動(dòng)勢(shì)成正比，與電路總電阻成反比純電阻電路E＝I(R＋r)①E＝U外＋I(xiàn)r②E＝U外＋U內(nèi)③電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電路中內(nèi)、外電壓之和①④式適用于純電阻電路；②③⑤式普遍適用EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt④W＝W外＋W內(nèi)⑤電源供應(yīng)的總能量等于內(nèi)、外電路中電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的總和4．電源的U-I圖像由U＝E－Ir可知，U-I圖像是一條傾斜向下的直線，如圖所示。(1)圖像中U軸截距E表示電源電動(dòng)勢(shì)。(2)I軸截距I0等于短路電流。(3)圖線斜率的確定值表示電源的內(nèi)阻，即r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))。圖像的縱坐標(biāo)不從零開(kāi)頭時(shí)，圖線與縱軸的交點(diǎn)仍表示電源電動(dòng)勢(shì)E，但圖線與橫軸的交點(diǎn)不表示短路電流。5．電阻的U-I圖像與電源的U-I圖像的比較電阻電源U-I圖像爭(zhēng)辯對(duì)象對(duì)某一固定電阻而言，兩端電壓與通過(guò)的電流成正比關(guān)系對(duì)電源進(jìn)行爭(zhēng)辯，路端電壓隨干路電流的變化關(guān)系圖像的物理意義表示導(dǎo)體的性質(zhì)，R＝eq\f(U,I)，R不隨U與I的變化而變化表示電源的性質(zhì)，圖線與縱軸的交點(diǎn)表示電源電動(dòng)勢(shì)，圖線斜率的確定值表示電源的內(nèi)阻聯(lián)系電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是不變的，正是由于外電阻R的變化才會(huì)引起外電壓U外和總電流I的變化6．歐姆擋測(cè)量電阻的原理(1)測(cè)量原理：閉合電路的歐姆定律。(2)歐姆表由電流表改裝而成：通過(guò)表頭的電流I＝eq\f(E,Rx＋R＋Rg＋r)，Rx＝eq\f(E,I)－(R＋Rg＋r)，Rx與電流I一一對(duì)應(yīng)，假如將表盤(pán)上的電流值改為電阻值，就可以從表盤(pán)上直接讀出電阻的數(shù)值，這樣就制成了一個(gè)歐姆表。(3)歐姆表的內(nèi)阻：式中R＋Rg＋r為歐姆表的內(nèi)阻。(4)歐姆調(diào)零：式中R為變阻器，也叫調(diào)零電阻。通過(guò)調(diào)整它，可以使歐姆表指針指向“0Ω”位置。7．多用電表刻度標(biāo)注刻度標(biāo)注方法標(biāo)注位置“0Ω”紅、黑表筆相接，調(diào)整調(diào)零旋鈕，使指針滿偏，被測(cè)電阻Rx＝0滿偏電流Ig處“∞”紅、黑表筆不接觸，表頭指針不偏轉(zhuǎn)，被測(cè)電阻Rx＝∞電流為零處中值電阻Rx＝r＋R＋Rg刻度盤(pán)正中心“Rx”紅、黑表筆接Rx，Rx＝eq\f(E,I)－(R＋Rg＋r)，Rx與I一一對(duì)應(yīng)與Rx對(duì)應(yīng)的電流I處一、單選題1．如圖所示，某電源路端電壓U與電流I的關(guān)系圖像，下列說(shuō)法中正確的是（）

A．電源的電動(dòng)勢(shì)為5.0V B．電源的內(nèi)阻為C．電源的短路電流為0.5A D．電流為0.2A時(shí)的外電阻是2．某補(bǔ)水提示器的工作原理如圖所示，水量增加時(shí)滑片下移，電表均為抱負(fù)電表。下列說(shuō)法正確的是（）

A．若選擇電壓表，水量增多時(shí)電壓表示數(shù)變小B．若選擇電流表，水量增多時(shí)電流表示數(shù)變小C．若選擇電流表，與電壓表相比，電路更節(jié)能D．若選擇電壓表，減小電阻可提高靈敏度3．鋰離子電池以碳材料為負(fù)極，以含鋰的化合物為正極，依靠Li+在電池內(nèi)部正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。圖示為鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，某過(guò)程中Li+從負(fù)極向正極移動(dòng)。已知某鋰電池的電動(dòng)勢(shì)為3.6V，則（）

A．電池處于充電狀態(tài)B．移動(dòng)一個(gè)Li+，需要消耗電能3.6JC．通常以“安時(shí)”（A?h）或“毫安時(shí)”（mA?h）表示電池的能量D．在充電的過(guò)程中，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，電池的正極有鋰離子生成，鋰離子通過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到電池的負(fù)極4．執(zhí)勤交警通常使用酒精濃度測(cè)試儀，其工作原理如圖，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，酒精傳感器電阻R的電阻值隨酒精氣體濃度的增大而減小，電路中的電表均為抱負(fù)電表。當(dāng)一位酒駕駕駛員對(duì)著測(cè)試儀吹氣時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是（）

A．酒精傳感器把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為非電信號(hào) B．電壓表的示數(shù)變小，電流表的示數(shù)變大C．電壓表的示數(shù)變大，電流表的示數(shù)變小 D．若酒精氣體濃度越大，電源的輸出功率肯定越大5．在一閉合電路中，當(dāng)外電路的電阻分別為和時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)在外電路上產(chǎn)生的熱量正好相等，則該電源的內(nèi)電阻是（）A． B． C． D．6．如圖甲所示是來(lái)測(cè)量脂肪積累程度的儀器，其原理是依據(jù)人體電阻的大小來(lái)推斷脂肪所占比例（體液中含有鈉離子、鉀離子等，而脂肪不簡(jiǎn)潔導(dǎo)電），模擬電路如圖乙所示。測(cè)量時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)，測(cè)試者分握兩手柄，體型相近的兩人相比，脂肪含量低者（）

A．R1消耗的功率小B．電源的效率大C．電壓表示數(shù)與電流表示數(shù)的比值大D．電壓表示數(shù)變化量與電流表示數(shù)變化量的比值不變7．如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E，內(nèi)電阻r，接有燈L1和L2。閉合電鍵S后，把變阻器R的滑動(dòng)觸頭從a向b端移動(dòng)過(guò)程中，則（

）

A．燈L1和燈L2都變亮 B．燈L1和燈L2都變暗C．燈L1變暗，燈L2變亮 D．燈L1變亮，燈L2變暗8．如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻恒為r，R是定值電阻，熱敏電阻的阻值隨溫度的降低而增大，C是平行板電容器，電路中的電表均為抱負(fù)電表。閉合開(kāi)關(guān)S，帶電液滴剛好靜止在C內(nèi)。在溫度降低的過(guò)程中，分別用I、、和表示電流表A、電壓表、電壓表和電壓表的示數(shù)，用、、、和表示電流表A、電壓表、電壓表和電壓表的示數(shù)變化量的確定值。溫度降低時(shí)，關(guān)于該電路工作狀態(tài)的變化，下列說(shuō)法正確的是（）

A．、、肯定都不變 B．、和均不變C．帶電液滴肯定向下加速運(yùn)動(dòng) D．電源的工作效率肯定變小二、多選題9．如圖所示電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為，外部電路中三個(gè)電阻的阻值均為。當(dāng)電鍵斷開(kāi)時(shí)，電阻上通過(guò)的電流為。則下列說(shuō)法正確的是（

）

A．電源內(nèi)阻為B．電源內(nèi)阻為C．若閉合電鍵后，流過(guò)電阻的電流為D．若