12.2 闭合电路的欧姆定律 (人教版新教材)高中物理必修三第十二章【知识点+练习】

第十二章电能能量守恒定律

2 闭合电路的欧姆定律

知识点一电源和电动势

1．概念：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置．

2．电源的工作原理：由于电源正负极总保持一定数量的正负电荷，所以电源内部总存在着由正极指向负极的电场．电源把正电荷从负极搬运到正极的过程中，非静电力在做功，使电荷的电势能增加．在外电路，也存在着由正极指向负极的电场，正电荷在静电力的作用下由电源正极流向负极．3．非静电力实质：在电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能；在发电机中，非静电力是电能作用，它使机械能转化为电势能．

*注意：在外电路，电流由电源正极流向负极，即从高电势流到低电势，电流在电源内部只能从负极流向正极，即从低电势流到高电势，根据电场知识可知，静电力不可能使电流从低电势流向高电势，反而起阻碍作用．非静电力只在电源内部对电荷做功，将其他形式的能转化为电能，但静电力在整个闭合电路上都要做功，将电能转化为其他形式的能，在整个电路上，非静电力做的功与静电力做的功相等．

4．电动势定义：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移送到正极所做的

功．即E＝W非q.

5．物理意义：反映电源非静电力做功的本领的大小．

6．单位：电势、电势差的单位相同，为伏特(V)．

7．电源内阻：电源内部导体的电阻．电源的容量：电池放电时能输出的总电荷量，其单位是A·h.

*注意：电动势和电压虽然单位相同，定义式类似，但二者有本质的区别，电压反映电场力做功，将电势能转化为其他形式的能，而电动势反映非静电力做功，将其他形式的能转化为电势能．能的转化方向不同．

知识点二闭合电路的欧姆定律

1．内、外电路．

(1)概念：内电路是电源内部电路，外电路是电源外部电路．

(2)特点：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．

(1)内容：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．

(2)公式：I＝E

R＋r①

或E＝IR＋Ir②

或E＝U外＋U内．③

(3)适用条件：①、②适用于外电路为纯电阻电路，③适用于一切电路．

知识点三路端电压与负载的关系

1．路端电压的表达式，U＝E－Ir．

2．路端电压随外电阻的变化规律．

(1)当外电阻R增大时，电流I减小，路端电压增大．

(2)当外电阻R减小时，电流I增大，路端电压减小．

(3)两个特例：外电路断开时，R→∞，I＝0，U＝E．据此特点可测电源电动势．

外电路短路时，R＝0，I＝E

r，U＝0，据此特点可以理解不允许将电源两端用导线直接连接的原因．

3．各部分功率关系分析：EI＝I2R＋I2r ．当外电路为纯电阻电路时讨论如下：

①电源的输出功率．

P出＝I2R＝

E2

（R＋r）2

R＝

E2R

（R－r）2＋4Rr

＝

E2

（R－r）2

R＋4r

.

由此可知当R ＝r 时，电源有最大输出功率P 出max ＝E 2

4r

.

②P 出与外电阻R 的函数关系图象．

③电源的效率．

η＝P 出P ＝IU 外IE ＝U 外E ＝IR I （R ＋r ）＝R R ＋r ＝11＋r

R

，可见，外电阻R 越大，电源的效率越高．

拓展一 欧姆表的原理

1．欧姆表内部构造：表头、电源和可变电阻三部分组成．

2．欧姆表原理：依据闭合电路的欧姆定律制成，由电流表改装而成． 3.欧姆表测量原理．如图所示，当红黑表笔间接入被测电阻R x 时，通过表头的电流I ＝

E

r ＋R g ＋R ＋R x

．改变R x ，电流I 随着改变，每个R x 值都对应

一个电流值，在刻度盘上直接标出与I 值对应的R x 值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值．

4．欧姆表内阻：将红、黑表笔短接，调节滑动变阻器使电流表达到满偏

电流I g ，根据闭合电路的欧姆定律，I g ＝E r ＋R g ＋R 1

，故欧姆表内电阻R 内＝E

I g ＝R g ＋r ＋R ．

说明：(1)当红、黑表笔断开时，电流表中电流为零，此时表笔间电阻无穷大，所以在表盘上电流零处标电阻“∞”；当红、黑表笔短接时，调节欧姆表的调零电阻，使电流表指针满偏，所以在电流满偏处标电阻“0”．

(2)I 与R x 不成比例，欧姆表的刻度不均匀．欧姆表偏角越大，表明被测电阻越小．

(3)中值电阻：当外加电阻R x ＝R g ＋r ＋R 0时，电流为I ＝E R x ＋R 0＋R g ＋r ＝1

2

I g ，此时电流表指针

指在刻度盘的中央，该电阻叫中值电阻．

图象上的特征

物理意义

电源U －I 图象

电阻U －I 图象

图形

图象表述的物理量变

化关系 电源的路端电压随电路电流的变化关系

电阻中的电流随电阻两端电压的变化关系 图线与坐标轴交点 与纵轴交点表示电源电动势E ，与横轴交点表示电源短路电流 过坐标轴原点，表示没有电压时电流为零 图线上每一点坐标的

乘积UI 表示电源的输出功率

表示电阻消耗的功率 图线上每一点对应的

U 、I 比值 表示外电阻的大小，不同点对应的外电阻大小不同 每一点对应的此值均等大，表示此电阻的大小 图线的斜率的大小 内电阻r

电阻大小