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高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第1节 闭合电路欧姆定律图文课件ppt
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这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第1节 闭合电路欧姆定律图文课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了课前自主学习，外电路，内电路，电势能，非静电力，U内+U外，无穷大，课堂合作探究等内容，欢迎下载使用。
一、电动势任务驱动 电源的电动势和外接电路的电阻有什么关系？提示：电源的电动势只和电源本身有关，与所接外电路的电阻无关。
1.闭合电路组成：用导线把电源、用电器连在一起组成闭合电路，用电器、导线组成_______，电源内部是_______。2.电动势(1)定义：表示电源把其他形式的能转化为_____本领大小的物理量，用E表示。单位是___。(2)单位：单位是___。与电压的单位相同。(3)大小：电动势在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的_____。
(4)内外电路的能量转化：①外电路能量转化在外电路中，正电荷在恒定电场的作用下由正极移向负极，电场力对电荷做_____，将电荷减少的_______转化为其他形式的能。②内电路能量转化在内电路中，_________把正电荷由_____移向_____，非静电力做_____，电荷的电势能_____，电源将其他形式的能转化为_____。电动势等于_________把1 C的正电荷在电源内部从_____移送到_____所做的功。
(5)电动势影响因素：电动势由电源中非静电力本身的特性决定，跟电源的体积_____，也跟外电路_____，一节干电池的电动势是____ V，学生用蓄电池的电动势是____ V。
二、闭合电路欧姆定律任务驱动 手电筒中的电池用久了，小灯泡变暗，是电池的电动势减少了吗？提示：电源电动势几乎不变，其内阻变大了。
1.闭合电路欧姆定律(1)内容：流过闭合电路的电流，跟电路中电源的电动势成_____，跟内、外电路的电阻之和成_____。(2)公式：_________或E=______2.下列说法中正确的是___①在闭合回路中电流总是从高电势流向低电势②在闭合回路中电动势的大小等于外电压与内电压之和③电源的电动势等于外电路电阻两端的电压④流过闭合电路的电流，跟电路中电源的电动势成正比，跟外电路的电阻成反比。
三、路端电压与外电阻的关系任务驱动 路端电压随外电阻的变化有什么规律？提示：外电阻减小，路端电压减小；外电阻增大，路端电压增大。
1.路端电压与外电阻的关系：根据U=IR= =_____可知，当R增大时，路端电压U_____，当R减小时，路端电压U_____。
2.两种特殊情况(1)断路：当外电路断路时，外电阻R为_______，I为___，Ir也为___，可得U=__，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势的大小。(2)短路：当外电路短路时，外电阻R=0，此时电路中的电流最大，即Im=___，路端电压为___。由于通常情况下电源内阻很小，短路时会形成很大的电流，很容易把电源烧坏，这就是严禁把电源两极不经负载直接相接的原因。
主题一 闭合电路欧姆定律任务1 电动势【生活情境】如图是一块手机上使用的锂离子电池上的几个数据：“标称电压：3.7 V 容量：850 mA·h 充电电压：4.2 V”。
【问题探究】(1)电动势表明了电源什么特性？提示：把其他形式能转化为电能的本领。(2)上述电源若通过非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移到正极所做的功是多少？提示：W=qU=3.7 J(3)“容量为850 mA·h”表示含义是什么？提示：当通过电池的电流是850 mA时，可以正常工作1 h。
任务2 闭合电路欧姆定律【实验情境】如图A组电源为四节干电池，B组电源为三节蓄电池，两组电源的电动势均为6 V。将它们与额定电压为6 V的小灯泡、电压表、电流表、开关按图示电路连接。分别闭合开关S1和S2，观察到小灯泡的亮度和电压表的示数。
【问题探究】(1)分别闭合开关S1和S2，观察到小灯泡的亮度不同，电压表和电流表的示数均不相同，为什么？提示：干电池和蓄电池电源内部的电阻不同，电源的内阻会影响闭合电路中的电流的大小。(2)在图中断开S2，闭合S1更换额定电压相同、电阻较大的灯泡，电路中的电流怎样变化？提示：电动势和电源内阻相同的情况下，外电阻越大，电流越小。
【结论生成】1.电动势的含义(物理观念)(1)电动势由电源本身决定，与外电路无关。(2)电动势是标量，但有方向，物理学中规定方向为由负极经电源内部指向正极，即电源内部电流的方向。(3)电源的内部也有电阻(即内电阻)，当电流经电源内部时也有电压降(即内电压)。
2.电压和电动势的区别(物理观念)
3.闭合电路欧姆定律的表达形式(科学思维)
4.闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律的区别(物理观念)(1)闭合电路欧姆定律阐明了包含电源在内的全电路中，电源电动势、路端电压和电源内电压的关系；部分电路欧姆定律只表示部分电路电流、电压、电阻之间的关系。(2)表达式不同：闭合电路欧姆定律数学表达式E=U外+U内 ，或者I= ；部分电路欧姆定律数学表达式：I= 。
【典例示范】如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(理想电表)的读数分别为1.6 V和0.4 A，当S断开时，它们的示数变为1.7 V和0.3 A，则电源的电动势和内阻各为多少？
【解析】当S闭合时，R1和R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U1=E-I1r代入数据得：E=1.6+0.4r①当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U2=E-I2r代入数据得：E=1.7+0.3r②联立①②得：E=2 V，r=1 Ω答案：2 V 1 Ω
【规律方法】解决闭合电路问题的一般步骤(1)分析电路，认清各元件的串、并联关系，必要时画等效电路图，特别注意电压表和电流表对应的电路。(2)求总电流I：若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势，可用闭合电路欧姆定律直接求出；若内外电路上有多个未知电阻，可利用某一部分电路的已知电阻和电压求总电流I；当以上方法都行不通时，可以联立方程求出I。(3)根据串、并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流。
【探究训练】1.【母题追问】电阻R1、R2的电阻分别是多少？【解析】当S断开时，只有R1接入电路，由部分电路欧姆定律I= 得R1= =5.67 Ω当S闭合时，R1和R2并联接入电路，由部分电路欧姆定律得R1和R2并联的总电阻为R= =4 Ω由R= ，把R1=5.67 Ω代入得R2=13.6 Ω答案：5.67 Ω 13.6 Ω
2.(多选)关于电动势下列说法正确的是( )A.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电势能增加B.对于给定的电源，移动正电荷的非静电力做功越多，电动势就越大C.电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位正电荷做的功越多D.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多
【解析】选A、C。电源是将其他形式的能转化为电势能的装置，是通过电源内部的非静电力做功来完成的，所以非静电力做功，电势能就增加，因此A正确；电源电动势是反映电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量。电动势在数值上等于移送单位正电荷所做的功，不能说电动势越大，非静电力做功越多，也不能说电动势越大，移送的电荷量越多，所以C正确，B、D错误。故选A、C。
3.人造地球卫星常常利用太阳能电池作电源，太阳能电池由许多片电池板组成。设某太阳能电池板的内电阻为r=20 Ω，它不接外电路时两极间的电压为8×10-4 V。(1)该太阳能电池板的电动势为多大？(2)该太阳能电池板的短路电流为多大？(3)若在该太阳能电池板的两极间连接一只定值电阻R，R=5 Ω，则电阻R两端的电压为多大？
【解析】(1)电池板的电动势E等于不接外电路时两极间的电压U，即E=8×10-4 V(2)外电路短路时，R=0，I短= =4×10-5 A(3)由I= 及UR=IR得UR= =1.6×10-4 V答案：(1)8×10-4 V (2)4×10-5 A (3)1.6×10-4 V
【补偿训练】如图所示，电源的内阻r为2 Ω，R1=10 Ω，R2=8 Ω，当S连接1时，电流表的示数为0.2 A，则将S切换到2时，电流表的示数变为( ) A A A
【解析】选C。根据闭合电路欧姆定律S连1时I1= S连2时I2= 两式联立得I2=0.24 A。故选C。
主题二 闭合电路的动态分析【实验情境】如图所示，L1、L2、L3是规格相同的三个小灯泡，电源的电动势为E，电源的内阻为r，开关闭合，当滑片P向右滑动时思考下列问题。
【问题探究】(1)电路总电阻怎样变化？提示：当滑片P向右滑动时，滑动变阻器的电阻R增加，串联后的总电阻R1=R+RL增加，R1与RL并联后的总电阻R2= 由于R1增加，R2= 则R2电阻增加；R2与小灯泡串联后的总电阻R3=R2+RL，R2电阻增加，则R3电阻增加。综上所述电路中总电阻增加。
(2)电路中的总电流怎样变化？提示：由闭合电路的欧姆定律I= 可知外电阻R增加，则电路的总电流减小。
(3)电路的路端电压怎样变化？提示：根据E=U外+Ir得U外=E-Ir，当电流减小时，路端电压变大。(4)L2两端的电压怎样变化？提示：小灯泡L1在干路上，干路电流减小了，由U1=IRL可知U1减小，U外=U2+U1，得U2=U外-U1，U1减小了，U外增大了，所以L2两端的电压U2增大了。(5)通过L3的电流怎样变化？提示：L2两端的电压U2增大，则通过L2中的电流也增大，由于在并联电路中I=I2+I3，得I3=I-I2，干路电流I减小，支路电流I2增大，则I3减小。
【结论生成】 解决电路动态的三种常见方法(科学思维)(1)程序判断法：遵循“局部→整体→部分”的思路，按以下步骤分析：
(2)“串反并同”结论法：①所谓“串反”，即某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小，反之则增大。②所谓“并同”，即某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小。
(3)极限法：因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端，让电阻最大或电阻为零去讨论。
【典例示范】在如图所示的电路中，其电动势为E、内电阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，电压表 和电流表 为理想电流表和电压表。在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中，下列说法中正确的是( )A.电压表示数减小B.电流表示数减小C.R2两端的电压减小D.R3两端的电压增大
【解析】选C。滑动头P自a端向b端滑动的过程中，滑动变阻器的电阻减小，电路总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可得，干路电流增大，由UR1=IR1可知R1两端电压即电压表的示数变大，A错误；由U=E-Ir可知路端电压U减小；由UR2=U-UR1可得R2两端的电压减小，由图可知R2和R3并联，R3两端的电压也减小，C正确，D错误；又由I2= 可得流过R2的电流变小，在干路电流增大的情况下，电流表的示数将变大，B错误。故选C。
【规律方法】电路动态问题分析的程序(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化。(2)由局部R的变化→确定R总的变化(3)由I总= →确定I总的变化(4)由U内=I总r→确定U内的变化(5)由U外=E-U内→确定U外的变化(6)由U=IR→确定干路上定值电阻两端的电压变化→再确定各支路电压、电流的变化情况。
【探究训练】1.【母题追问】在例题中若把电路图中的电压表改为直接接在电源两端，其他条件不变，则在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中，电压表示数如何变化？
【解析】若把电压表直接接在电源两端，则电压表测的是路端电压。当滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动时，滑动变阻器的电阻减小，电路总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律I= 可得，干路电流增大，又由U=E-Ir可知路端电压U减小，故电压表示数将减小。答案：电压表示数减小
2.如图所示的电路中，电源内阻不可忽略，开关S闭合前灯泡A、B、C均已发光。那么，当开关S闭合时，A、B、C三个灯泡的亮度变化情况是( )A.A亮度不变，B变亮，C变暗B.A变暗，B变亮，C变暗C.A变亮，B变暗，C变亮D.A变暗，B变亮，C亮度不变
【解析】选B。当开关S闭合时，C、D并联，电阻减小，外电路总电阻R减小，根据闭合电路欧姆定律可知，总电流I增大，A的电压UA=E-Ir减小，电流IA减小，A变暗。B的电流IB=I-IA，增大，电压UB增大，B变亮。C的电压UC=UA-UB，UA减小，UB增大，则UC减小，C变暗。故B正确。
3.如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，V与A分别为电压表和电流表。初始时S0与S均闭合，现将S断开，则( )A.V的读数变大，A的读数变小B.V的读数变大，A的读数变大C.V的读数变小，A的读数变小D.V的读数变小，A的读数变大
【解析】选B。当S断开时，R2所在支路断路，总电阻R变大，由I= 知，干路电流I变小，根据U=E-Ir知，路端电压变大，即V读数变大；根据U=IR知，R1两端电压U1=IR1变小，而U=U1+U3，所以R3两端的电压U3=U-U1要变大，通过R3的电流I3= 变大，即A的读数变大，故B正确。
【补偿训练】1.在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。当R2的滑片在a端时合上开关S，此时三个电表的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑片向b端移动，则三个电表示数的变化情况是( )A.I1增大，I2不变，U增大 B.I1减小，I2增大，U减小C.I1增大，I2减小，U增大D.I1减小，I2不变，U减小
【解析】选B。由电路结构可知，当R2的滑片向b端移动时，电路的总电阻减小，闭合电路中总电流增大，电源内电压U内=Ir增大，路端电压U=E-U内=E-Ir减小，定值电阻R3两端电压增大，R1、R2并联部分的电压减小，电流I1减小，而总电流增大，故I2=I-I1增大，故选项B正确。
2.如图所示的电路中，电压表和电流表均是理想电表，当滑动变阻器的滑片P向左移动一小段距离后，下列说法中正确的是( )A.电压表示数减小 B.电流表示数增大C.R0的功率减小D.电源的功率增大
【解析】选C。根据串、并联电路的特点可知，当滑片P向左移动一小段距离后，整个闭合回路的总电阻增大，利用闭合电路的欧姆定律I= 可判断I减小，因U=E-Ir，所以电压表示数增大，A、B错误；R0与其并联的滑动变阻器的总电阻减小，而干路电流I减小，所以R0两端的电压U0减小，根据P= ，可知R0的功率减小，C正确；因P总=EI，干路电流减小，可判断电源的总功率减小，D错误。故选C。
主题三 闭合电路的电功率任务1 路端电压与电阻的关系【生活情境】 傍晚用电量是每一天的高峰时段，万家灯火，但灯光较暗；又如在家用电器使用中，打开大功率的空调后，你会发现灯泡变暗。
【问题探究】(1)家庭照明电路使用的用电器变多时，总电阻如何变化？提示：家庭电路中接入较多的用电器时，由于这些用电器是并联的，其总电阻会变小。(2)灯泡为什么会变暗？提示：总电阻变小，干路中的电流就会变大，干路上就会分去较多的电压，造成灯泡两端的电压降低，所以灯泡的亮度也就变暗了。
任务2 电源的输出功率与外电阻的关系【实验情境】如图所示为电阻R与电源构成的一个闭合电路，电源的电动势为E，内电阻为r。
【问题探究】(1)电源的输出功率怎样表达？提示：电源的输出功率为P出=UI=I2R=( )2R。(2)外电阻与内电阻满足什么关系时，电源的输出功率最大？提示：由P出=UI=( )2R可得P出= 当R=r时，输出功率最大，最大值是Pm=
【结论生成】1.路端电压与外电阻的关系(物理观念)对纯电阻电路有U= ，图像表达：图像中各点的物理意义可从数学的角度去理解：曲线以U=E为渐近线，某点切线斜率为该状态下的电流，原点处曲线的切线斜率应该等于短路电流。
2.路端电压与电流(物理观念) (1)由U=E-Ir可知，U-I图像是一条倾斜的直线，如图所示。(2)纵轴的截距等于电源的电动势E，横轴的截距等于外电路短路时的电流，I短= 。(3)直线斜率的绝对值等于电源的内阻，即r= ，斜率的绝对值越大，表明电源的内阻越大。
3.闭合电路中的几个功率(物理观念)
4.纯电阻电路中电源的输出功率(科学思维)P出=UI=I2R= 电源的输出功率随外电阻的变化关系如图所示。
(1)当R=r时，Pmax= (2)一个输出功率(除最大功率外)P对应于两个不同的外电阻R1和R2，且r= (3)当Rr时，R↑→P出↓。5.电源的效率η= 可见，外电阻R越大，电源的效率越高。
【典例示范】如图所示，电路中电源的电动势E=5 V，内电阻r=10 Ω，固定电阻R=90 Ω，R0是可变电阻，在R0从零增加到400 Ω的过程中，求：
(1)R上消耗的最大功率及此时R0的值。(2)电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和。(3)可变电阻R0上消耗的最大热功率。
【解析】(1)R0=0时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最大，此时R上有最大功率即PR=( )2R=0.225 W。(2)当电流最小时，电阻r和R消耗的热功率最小，此时R0应调到最大400 Ω，内阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和为P小=( )2(R+r)=0.01 W。
(3)可变电阻R0上消耗的热功率为P0=I2R0= R0-100 Ω=0时，P0最大，其最大值为P大= 答案：(1)0.225 W 0 (2)0.01 W (3) W
【探究训练】1.【母题追问】在例题中，如果R0的最大阻值为20 Ω，当R0调到多大时，R0消耗的功率最大？求出最大功率。【解析】可把R看成电源内阻的一部分，因为R0
【解析】选C。由图像中不难看出，在C点，电源的总功率等于电源内部的热功率，所以电源的电动势为E=3 V，短路电流为I=3 A，所以电源的内阻为r= =1 Ω。图像上AB段所表示的功率为PAB=P总-I2r= (1 × 3-12×1) W=2 W。故正确选项为C。
3.如图所示，线段A为某电源的U-I图线，线段B为某电阻的U-I图线，当上述电源和电阻组成闭合电路时，求：(1)电源的输出功率P出多大？(2)电源内部损耗的电功率是多少？(3)电源的效率η多大？
【解析】(1)由A的图线可读出电源电动势E=3 V，内阻r= =0.5 Ω从图像的交点可读出路端电压U=2 V，电路电流I=2 A则电源的输出功率为P出=UI=4 W。(2)电源内部损耗的电功率P内=I2r=2 W。(3)电源的总功率为P总=IE=6 W故电源的效率为η= ×100%≈66.7%。答案：(1)4 W (2)2 W (3)66.7%
【补偿训练】1.如图所示，电源电动势E=10 V，内阻r=0.2 Ω，标有“8 V 16 W”的灯泡L恰好正常发光，电动机线圈电阻R0=0.15 Ω，则电源的输出功率为( )A.16 W B.440 W C.80 W D.400 W
【解析】选C。电路的总电流I= =10 A，则电源的输出功率为P=IU额=10×8 W=80 W。故选C。
2.(多选)如图所示，电源内阻为r，定值电阻R0=r，可变电阻R的最大阻值为2r。当可变电阻的滑片向右移动时( )A.路端电压由大变小B.电阻R0两端的电压由大变小C.电源的内电压由大变小D.电源的总功率由小变大
【解析】选B、C。根据闭合电路的欧姆定律知，当R增大时，电路中的电流I= 减小，内电压U内=Ir减小，电阻R0两端的电压U0=IR0减小，路端电压U=E-Ir增大，电源的总功率P=EI减小。选项B、C正确。
一、电动势任务驱动 电源的电动势和外接电路的电阻有什么关系？提示：电源的电动势只和电源本身有关，与所接外电路的电阻无关。
1.闭合电路组成：用导线把电源、用电器连在一起组成闭合电路，用电器、导线组成_______，电源内部是_______。2.电动势(1)定义：表示电源把其他形式的能转化为_____本领大小的物理量，用E表示。单位是___。(2)单位：单位是___。与电压的单位相同。(3)大小：电动势在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的_____。
(4)内外电路的能量转化：①外电路能量转化在外电路中，正电荷在恒定电场的作用下由正极移向负极，电场力对电荷做_____，将电荷减少的_______转化为其他形式的能。②内电路能量转化在内电路中，_________把正电荷由_____移向_____，非静电力做_____，电荷的电势能_____，电源将其他形式的能转化为_____。电动势等于_________把1 C的正电荷在电源内部从_____移送到_____所做的功。
(5)电动势影响因素：电动势由电源中非静电力本身的特性决定，跟电源的体积_____，也跟外电路_____，一节干电池的电动势是____ V，学生用蓄电池的电动势是____ V。
二、闭合电路欧姆定律任务驱动 手电筒中的电池用久了，小灯泡变暗，是电池的电动势减少了吗？提示：电源电动势几乎不变，其内阻变大了。
1.闭合电路欧姆定律(1)内容：流过闭合电路的电流，跟电路中电源的电动势成_____，跟内、外电路的电阻之和成_____。(2)公式：_________或E=______2.下列说法中正确的是___①在闭合回路中电流总是从高电势流向低电势②在闭合回路中电动势的大小等于外电压与内电压之和③电源的电动势等于外电路电阻两端的电压④流过闭合电路的电流，跟电路中电源的电动势成正比，跟外电路的电阻成反比。
三、路端电压与外电阻的关系任务驱动 路端电压随外电阻的变化有什么规律？提示：外电阻减小，路端电压减小；外电阻增大，路端电压增大。
1.路端电压与外电阻的关系：根据U=IR= =_____可知，当R增大时，路端电压U_____，当R减小时，路端电压U_____。
2.两种特殊情况(1)断路：当外电路断路时，外电阻R为_______，I为___，Ir也为___，可得U=__，即外电路断路时的路端电压等于电源电动势的大小。(2)短路：当外电路短路时，外电阻R=0，此时电路中的电流最大，即Im=___，路端电压为___。由于通常情况下电源内阻很小，短路时会形成很大的电流，很容易把电源烧坏，这就是严禁把电源两极不经负载直接相接的原因。
主题一 闭合电路欧姆定律任务1 电动势【生活情境】如图是一块手机上使用的锂离子电池上的几个数据：“标称电压：3.7 V 容量：850 mA·h 充电电压：4.2 V”。
【问题探究】(1)电动势表明了电源什么特性？提示：把其他形式能转化为电能的本领。(2)上述电源若通过非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移到正极所做的功是多少？提示：W=qU=3.7 J(3)“容量为850 mA·h”表示含义是什么？提示：当通过电池的电流是850 mA时，可以正常工作1 h。
任务2 闭合电路欧姆定律【实验情境】如图A组电源为四节干电池，B组电源为三节蓄电池，两组电源的电动势均为6 V。将它们与额定电压为6 V的小灯泡、电压表、电流表、开关按图示电路连接。分别闭合开关S1和S2，观察到小灯泡的亮度和电压表的示数。
【问题探究】(1)分别闭合开关S1和S2，观察到小灯泡的亮度不同，电压表和电流表的示数均不相同，为什么？提示：干电池和蓄电池电源内部的电阻不同，电源的内阻会影响闭合电路中的电流的大小。(2)在图中断开S2，闭合S1更换额定电压相同、电阻较大的灯泡，电路中的电流怎样变化？提示：电动势和电源内阻相同的情况下，外电阻越大，电流越小。
【结论生成】1.电动势的含义(物理观念)(1)电动势由电源本身决定，与外电路无关。(2)电动势是标量，但有方向，物理学中规定方向为由负极经电源内部指向正极，即电源内部电流的方向。(3)电源的内部也有电阻(即内电阻)，当电流经电源内部时也有电压降(即内电压)。
2.电压和电动势的区别(物理观念)
3.闭合电路欧姆定律的表达形式(科学思维)
4.闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律的区别(物理观念)(1)闭合电路欧姆定律阐明了包含电源在内的全电路中，电源电动势、路端电压和电源内电压的关系；部分电路欧姆定律只表示部分电路电流、电压、电阻之间的关系。(2)表达式不同：闭合电路欧姆定律数学表达式E=U外+U内 ，或者I= ；部分电路欧姆定律数学表达式：I= 。
【典例示范】如图所示的电路中，当S闭合时，电压表和电流表(理想电表)的读数分别为1.6 V和0.4 A，当S断开时，它们的示数变为1.7 V和0.3 A，则电源的电动势和内阻各为多少？
【解析】当S闭合时，R1和R2并联接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U1=E-I1r代入数据得：E=1.6+0.4r①当S断开时，只有R1接入电路，由闭合电路欧姆定律得：U2=E-I2r代入数据得：E=1.7+0.3r②联立①②得：E=2 V，r=1 Ω答案：2 V 1 Ω
【规律方法】解决闭合电路问题的一般步骤(1)分析电路，认清各元件的串、并联关系，必要时画等效电路图，特别注意电压表和电流表对应的电路。(2)求总电流I：若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势，可用闭合电路欧姆定律直接求出；若内外电路上有多个未知电阻，可利用某一部分电路的已知电阻和电压求总电流I；当以上方法都行不通时，可以联立方程求出I。(3)根据串、并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流。
【探究训练】1.【母题追问】电阻R1、R2的电阻分别是多少？【解析】当S断开时，只有R1接入电路，由部分电路欧姆定律I= 得R1= =5.67 Ω当S闭合时，R1和R2并联接入电路，由部分电路欧姆定律得R1和R2并联的总电阻为R= =4 Ω由R= ，把R1=5.67 Ω代入得R2=13.6 Ω答案：5.67 Ω 13.6 Ω
2.(多选)关于电动势下列说法正确的是( )A.在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电势能增加B.对于给定的电源，移动正电荷的非静电力做功越多，电动势就越大C.电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位正电荷做的功越多D.电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多
【解析】选A、C。电源是将其他形式的能转化为电势能的装置，是通过电源内部的非静电力做功来完成的，所以非静电力做功，电势能就增加，因此A正确；电源电动势是反映电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量。电动势在数值上等于移送单位正电荷所做的功，不能说电动势越大，非静电力做功越多，也不能说电动势越大，移送的电荷量越多，所以C正确，B、D错误。故选A、C。
3.人造地球卫星常常利用太阳能电池作电源，太阳能电池由许多片电池板组成。设某太阳能电池板的内电阻为r=20 Ω，它不接外电路时两极间的电压为8×10-4 V。(1)该太阳能电池板的电动势为多大？(2)该太阳能电池板的短路电流为多大？(3)若在该太阳能电池板的两极间连接一只定值电阻R，R=5 Ω，则电阻R两端的电压为多大？
【解析】(1)电池板的电动势E等于不接外电路时两极间的电压U，即E=8×10-4 V(2)外电路短路时，R=0，I短= =4×10-5 A(3)由I= 及UR=IR得UR= =1.6×10-4 V答案：(1)8×10-4 V (2)4×10-5 A (3)1.6×10-4 V
【补偿训练】如图所示，电源的内阻r为2 Ω，R1=10 Ω，R2=8 Ω，当S连接1时，电流表的示数为0.2 A，则将S切换到2时，电流表的示数变为( ) A A A
【解析】选C。根据闭合电路欧姆定律S连1时I1= S连2时I2= 两式联立得I2=0.24 A。故选C。
主题二 闭合电路的动态分析【实验情境】如图所示，L1、L2、L3是规格相同的三个小灯泡，电源的电动势为E，电源的内阻为r，开关闭合，当滑片P向右滑动时思考下列问题。
【问题探究】(1)电路总电阻怎样变化？提示：当滑片P向右滑动时，滑动变阻器的电阻R增加，串联后的总电阻R1=R+RL增加，R1与RL并联后的总电阻R2= 由于R1增加，R2= 则R2电阻增加；R2与小灯泡串联后的总电阻R3=R2+RL，R2电阻增加，则R3电阻增加。综上所述电路中总电阻增加。
(2)电路中的总电流怎样变化？提示：由闭合电路的欧姆定律I= 可知外电阻R增加，则电路的总电流减小。
(3)电路的路端电压怎样变化？提示：根据E=U外+Ir得U外=E-Ir，当电流减小时，路端电压变大。(4)L2两端的电压怎样变化？提示：小灯泡L1在干路上，干路电流减小了，由U1=IRL可知U1减小，U外=U2+U1，得U2=U外-U1，U1减小了，U外增大了，所以L2两端的电压U2增大了。(5)通过L3的电流怎样变化？提示：L2两端的电压U2增大，则通过L2中的电流也增大，由于在并联电路中I=I2+I3，得I3=I-I2，干路电流I减小，支路电流I2增大，则I3减小。
【结论生成】 解决电路动态的三种常见方法(科学思维)(1)程序判断法：遵循“局部→整体→部分”的思路，按以下步骤分析：
(2)“串反并同”结论法：①所谓“串反”，即某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小，反之则增大。②所谓“并同”，即某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小。
(3)极限法：因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端，让电阻最大或电阻为零去讨论。
【典例示范】在如图所示的电路中，其电动势为E、内电阻为r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，电压表 和电流表 为理想电流表和电压表。在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中，下列说法中正确的是( )A.电压表示数减小B.电流表示数减小C.R2两端的电压减小D.R3两端的电压增大
【解析】选C。滑动头P自a端向b端滑动的过程中，滑动变阻器的电阻减小，电路总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可得，干路电流增大，由UR1=IR1可知R1两端电压即电压表的示数变大，A错误；由U=E-Ir可知路端电压U减小；由UR2=U-UR1可得R2两端的电压减小，由图可知R2和R3并联，R3两端的电压也减小，C正确，D错误；又由I2= 可得流过R2的电流变小，在干路电流增大的情况下，电流表的示数将变大，B错误。故选C。
【规律方法】电路动态问题分析的程序(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化。(2)由局部R的变化→确定R总的变化(3)由I总= →确定I总的变化(4)由U内=I总r→确定U内的变化(5)由U外=E-U内→确定U外的变化(6)由U=IR→确定干路上定值电阻两端的电压变化→再确定各支路电压、电流的变化情况。
【探究训练】1.【母题追问】在例题中若把电路图中的电压表改为直接接在电源两端，其他条件不变，则在滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动的过程中，电压表示数如何变化？
【解析】若把电压表直接接在电源两端，则电压表测的是路端电压。当滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动时，滑动变阻器的电阻减小，电路总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律I= 可得，干路电流增大，又由U=E-Ir可知路端电压U减小，故电压表示数将减小。答案：电压表示数减小
2.如图所示的电路中，电源内阻不可忽略，开关S闭合前灯泡A、B、C均已发光。那么，当开关S闭合时，A、B、C三个灯泡的亮度变化情况是( )A.A亮度不变，B变亮，C变暗B.A变暗，B变亮，C变暗C.A变亮，B变暗，C变亮D.A变暗，B变亮，C亮度不变
【解析】选B。当开关S闭合时，C、D并联，电阻减小，外电路总电阻R减小，根据闭合电路欧姆定律可知，总电流I增大，A的电压UA=E-Ir减小，电流IA减小，A变暗。B的电流IB=I-IA，增大，电压UB增大，B变亮。C的电压UC=UA-UB，UA减小，UB增大，则UC减小，C变暗。故B正确。
3.如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，V与A分别为电压表和电流表。初始时S0与S均闭合，现将S断开，则( )A.V的读数变大，A的读数变小B.V的读数变大，A的读数变大C.V的读数变小，A的读数变小D.V的读数变小，A的读数变大
【解析】选B。当S断开时，R2所在支路断路，总电阻R变大，由I= 知，干路电流I变小，根据U=E-Ir知，路端电压变大，即V读数变大；根据U=IR知，R1两端电压U1=IR1变小，而U=U1+U3，所以R3两端的电压U3=U-U1要变大，通过R3的电流I3= 变大，即A的读数变大，故B正确。
【补偿训练】1.在如图所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。当R2的滑片在a端时合上开关S，此时三个电表的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑片向b端移动，则三个电表示数的变化情况是( )A.I1增大，I2不变，U增大 B.I1减小，I2增大，U减小C.I1增大，I2减小，U增大D.I1减小，I2不变，U减小
【解析】选B。由电路结构可知，当R2的滑片向b端移动时，电路的总电阻减小，闭合电路中总电流增大，电源内电压U内=Ir增大，路端电压U=E-U内=E-Ir减小，定值电阻R3两端电压增大，R1、R2并联部分的电压减小，电流I1减小，而总电流增大，故I2=I-I1增大，故选项B正确。
2.如图所示的电路中，电压表和电流表均是理想电表，当滑动变阻器的滑片P向左移动一小段距离后，下列说法中正确的是( )A.电压表示数减小 B.电流表示数增大C.R0的功率减小D.电源的功率增大
【解析】选C。根据串、并联电路的特点可知，当滑片P向左移动一小段距离后，整个闭合回路的总电阻增大，利用闭合电路的欧姆定律I= 可判断I减小，因U=E-Ir，所以电压表示数增大，A、B错误；R0与其并联的滑动变阻器的总电阻减小，而干路电流I减小，所以R0两端的电压U0减小，根据P= ，可知R0的功率减小，C正确；因P总=EI，干路电流减小，可判断电源的总功率减小，D错误。故选C。
主题三 闭合电路的电功率任务1 路端电压与电阻的关系【生活情境】 傍晚用电量是每一天的高峰时段，万家灯火，但灯光较暗；又如在家用电器使用中，打开大功率的空调后，你会发现灯泡变暗。
【问题探究】(1)家庭照明电路使用的用电器变多时，总电阻如何变化？提示：家庭电路中接入较多的用电器时，由于这些用电器是并联的，其总电阻会变小。(2)灯泡为什么会变暗？提示：总电阻变小，干路中的电流就会变大，干路上就会分去较多的电压，造成灯泡两端的电压降低，所以灯泡的亮度也就变暗了。
任务2 电源的输出功率与外电阻的关系【实验情境】如图所示为电阻R与电源构成的一个闭合电路，电源的电动势为E，内电阻为r。
【问题探究】(1)电源的输出功率怎样表达？提示：电源的输出功率为P出=UI=I2R=( )2R。(2)外电阻与内电阻满足什么关系时，电源的输出功率最大？提示：由P出=UI=( )2R可得P出= 当R=r时，输出功率最大，最大值是Pm=
【结论生成】1.路端电压与外电阻的关系(物理观念)对纯电阻电路有U= ，图像表达：图像中各点的物理意义可从数学的角度去理解：曲线以U=E为渐近线，某点切线斜率为该状态下的电流，原点处曲线的切线斜率应该等于短路电流。
2.路端电压与电流(物理观念) (1)由U=E-Ir可知，U-I图像是一条倾斜的直线，如图所示。(2)纵轴的截距等于电源的电动势E，横轴的截距等于外电路短路时的电流，I短= 。(3)直线斜率的绝对值等于电源的内阻，即r= ，斜率的绝对值越大，表明电源的内阻越大。
3.闭合电路中的几个功率(物理观念)
4.纯电阻电路中电源的输出功率(科学思维)P出=UI=I2R= 电源的输出功率随外电阻的变化关系如图所示。
(1)当R=r时，Pmax= (2)一个输出功率(除最大功率外)P对应于两个不同的外电阻R1和R2，且r= (3)当R
【典例示范】如图所示，电路中电源的电动势E=5 V，内电阻r=10 Ω，固定电阻R=90 Ω，R0是可变电阻，在R0从零增加到400 Ω的过程中，求：
(1)R上消耗的最大功率及此时R0的值。(2)电池的电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和。(3)可变电阻R0上消耗的最大热功率。
【解析】(1)R0=0时，电路中的总电阻最小，因此电路中的电流最大，此时R上有最大功率即PR=( )2R=0.225 W。(2)当电流最小时，电阻r和R消耗的热功率最小，此时R0应调到最大400 Ω，内阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和为P小=( )2(R+r)=0.01 W。
(3)可变电阻R0上消耗的热功率为P0=I2R0= R0-100 Ω=0时，P0最大，其最大值为P大= 答案：(1)0.225 W 0 (2)0.01 W (3) W
【探究训练】1.【母题追问】在例题中，如果R0的最大阻值为20 Ω，当R0调到多大时，R0消耗的功率最大？求出最大功率。【解析】可把R看成电源内阻的一部分，因为R0
【解析】选C。由图像中不难看出，在C点，电源的总功率等于电源内部的热功率，所以电源的电动势为E=3 V，短路电流为I=3 A，所以电源的内阻为r= =1 Ω。图像上AB段所表示的功率为PAB=P总-I2r= (1 × 3-12×1) W=2 W。故正确选项为C。
3.如图所示，线段A为某电源的U-I图线，线段B为某电阻的U-I图线，当上述电源和电阻组成闭合电路时，求：(1)电源的输出功率P出多大？(2)电源内部损耗的电功率是多少？(3)电源的效率η多大？
【解析】(1)由A的图线可读出电源电动势E=3 V，内阻r= =0.5 Ω从图像的交点可读出路端电压U=2 V，电路电流I=2 A则电源的输出功率为P出=UI=4 W。(2)电源内部损耗的电功率P内=I2r=2 W。(3)电源的总功率为P总=IE=6 W故电源的效率为η= ×100%≈66.7%。答案：(1)4 W (2)2 W (3)66.7%
【补偿训练】1.如图所示，电源电动势E=10 V，内阻r=0.2 Ω，标有“8 V 16 W”的灯泡L恰好正常发光，电动机线圈电阻R0=0.15 Ω，则电源的输出功率为( )A.16 W B.440 W C.80 W D.400 W
【解析】选C。电路的总电流I= =10 A，则电源的输出功率为P=IU额=10×8 W=80 W。故选C。
2.(多选)如图所示，电源内阻为r，定值电阻R0=r，可变电阻R的最大阻值为2r。当可变电阻的滑片向右移动时( )A.路端电压由大变小B.电阻R0两端的电压由大变小C.电源的内电压由大变小D.电源的总功率由小变大
【解析】选B、C。根据闭合电路的欧姆定律知，当R增大时，电路中的电流I= 减小，内电压U内=Ir减小，电阻R0两端的电压U0=IR0减小，路端电压U=E-Ir增大，电源的总功率P=EI减小。选项B、C正确。
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