1.导学案 第十二章 电能 能量守恒定律 阶段提升课（配套word）-【满分思维】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）教师用书

该高中物理导学案聚焦电路故障分析与等效电源法，通过思维脉图及答案速填梳理电功、电功率、闭合电路欧姆定律等核心公式与概念，搭建前后知识联系的学习支架。 资料以科学思维中的科学推理和模型建构为核心，通过典题突破、对点训练及共享电动自行车等情境新题，规范解题步骤，助力学生提升分析实际问题的能力，培养物理观念与科学探究素养。

阶段提升课 思维脉图·构建体系 【答案速填】 ①UIt　②UI　③I2Rt　④I2R　⑤非静电力　⑥　⑦IR+Ir　⑧U外+U内　⑨EI　⑩I2r 核心考点·整合贯通 考点一 故障分析(科学思维——科学推理) 1.常见电路故障 (1)断路 由于导线没有连接好、用电器烧坏或未安装好等,使整个电路在某处断开的状态就是断路,发生断路时,用电器不工作。 (2)短路 短路是指电路或电路的一部分被短接。如负载或电源的两端被导线连接起来。发生短路时,电路中的电流往往很大,严重时会烧坏电源或设备。 2.电路故障的判断方法 (1)电压表检测法 ①断路故障的判断:用电压表与电源并联,若电压表有示数,再逐段与电路并联,若电压表示数等于电源电动势,则该段电路中有断路点。 ②短路故障的判断:用电压表与电源并联,若电压表有示数,再逐段与电路并联,若电压表示数为零,则该并联段电路被短路;若电压表示数不为零,则该并联段电路没有被短路或不完全被短路。 (2)假设法 假设某电阻发生断路(或短路),根据闭合电路动态分析方法判断实际现象与题中情景是否相符,进而找出电路故障。 【典题突破】 [典例1]如图所示是某物理小组同学研究串联电路中电流、电压特点的实物连接图,当开关闭合时,灯L1亮,灯L2不亮,电流表和电压表均有读数,则故障原因可能是 (　　) A.L1断路　　　　　　 B.L1短路 C.L2断路　 D.L2短路 【解析】选D。电流表有示数,说明电路故障不可能是断路,A、C错误;电压表有示数,说明电压表所测部分没有短路,综合判断是L2短路,B错误、D正确。 考点二 等效电源法(科学思维——科学推理) 利用等效电源法对两个电路进行误差分析。 1.图甲把与电源等效为新的电源:r测=r+RA>r真,E测=E真。 2.图乙把与电源等效为新的电源:r测=<r真,E测<E真。 【典题突破】 [典例2]如图所示,虚线框内的各元件的数值未知,当它的输出端a、b分别连接不同阻值的电阻时,电流表有不同的读数。 (1)请通过计算完成下列表格 电流表示数I/A 1 0.6 0.4 连接电阻R/Ω 10 18 118 (2)a、b连接电阻R的阻值为多大时,电阻R的电功率最大?最大功率为多大? 【解析】(1)将虚线框部分等效为一个电源,设该电源的电动势为E',内阻为r',根据闭合电路的欧姆定律,有I= 由表格可知,当R1=10 Ω时,I1=1 A;R2=18 Ω时,I2=0.6 A,代入上式 联立求解可以得到E'=12 V,r'=2 Ω 故可得:I= 将I3=0.4 A代入上式得R3=28 Ω; 将R4=118 Ω代入上式得I4=0.1 A。 (2)当R=r'=2 Ω时,其电功率最大,最大功率为P=()2·R== W=18 W 答案:(1)0.1　28　(2)2 Ω,18 W 【对点训练】 某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中,串联了一只2.5 Ω的保护电阻R0,实验电路如图甲所示。 (1)请按图甲电路原理图把图乙实物电路用笔画线代替导线连接起来。 (2)该同学顺利完成实验,测得表中所示的数据,请根据数据在图丙坐标系中作出U-I图像,由图知电池的电动势为　　　　,内阻为　　　　。(结果均保留2位有效数字)  I/A 0.10 0.17 0.23 0.30 U/V 1.20 1.00 0.80 0.60 (3)考虑电表本身电阻对测量结果的影响,造成本实验系统误差的原因是 　 　。  (4)实验所得的电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较:E测　　　E真,r测　　　r真。(均选填“<”“=”或“>”)  【解析】(1)实物图连线如图(a)所示。 (2)描点作图如图(b)所示。 纵轴截距为1.5 V,所以电池的电动势E=1.5 V, 图线斜率的绝对值|k|= Ω≈3.02 Ω,则内阻r=(3.02-2.5) Ω=0.52 Ω。 (3)由于电压表的分流作用,电流表所测的电流小于通过电池的电流。 (4)电池与保护电阻串联,然后与电压表并联组成等效电源,所以实验测得的电池的电动势和内阻均小于真实值。 答案:(1)见解析图(a)　(2)见解析图(b)　1.5 V　0.52 Ω　(3)电压表的分流作用　(4)<　< 情境新题·规范解答 [典例示范](13分)(2025·广州高二检测)共享电动自行车是目前常见的代步工具,图甲为某品牌的共享电动自行车。广东某中学兴趣小组的同学对共享电动自行车的工作原理产生了浓厚的兴趣,现将其电源、车灯、电动机构成的电路简化为图乙。查阅资料得知该电动车的电源电动势E=40 V,车灯的电阻R=24 Ω,电动机的内阻RM=0.8 Ω,电流表的内阻忽略不计。 (1)当只有S1接通时,电流表的示数I1=1.6 A,求电源的内阻r及此时电源的输出电压U1;(3分) (2)当S1、S1都接通时,电流表的示数I=4 A,此时电动机正常工作,求电动机正常工作时的输出功率P出;(7分) (3)已知人与车的总质量为68 kg,共享电动自行车在平直路面上行驶时受到的阻力恒为17 N,它保持额定功率从静止开始启动至加速到最大速度所前进的距离为10 m,求电动自行车加速运动的时间t。(3分) [规范训练](13分)(2025·深圳高二检测)如图为某电动玩具电路结构的简略图。已知电源电动势E=12 V,内阻r=0.1 Ω,指示灯额定电压为U0=10 V,电阻RL=10 Ω,电动机额定功率P=40 W,电动机内部电阻值RM=0.25 Ω。当滑动变阻器R调节到适当位置时,指示灯和电动机恰好同时达到额定功率。(忽略由于温度变化而引起的电阻变化)求: (1)此时滑动变阻器R的阻值;(7分) (2)该电动玩具的机械效率η(电动机的机械功率与电源输出电功率之比)。(6分) 【解析】(1)当只有S1接通时,由闭合电路欧姆定律得 E=I1(R+r) (1分) 代入数据解得r=1.0 Ω(1分) 此时车灯两端的电压 U1=I1R=1.6×24 V=38.4 V(1分) (2)根据题意,由闭合电路欧姆定律得E=U+Ir (1分) 代入数据解得U=36 V(1分) 此时通过车灯的电流I2== A=1.5 A(1分) 因此通过电动机的电流 IM=I-I2=4 A-1.5 A=2.5 A(1分) 电动机的输入功率P入=UIM=36×2.5 W=90 W(1分) 电动机的热功率P热=RM=2.52×0.8 W=5 W(1分) 电动机的输出功率 P出=P入-P热=90 W-5 W=85 W(1分) (3)设电动自行车加速的时间为t,对电动自行车的加速过程应用动能定理有P出t-fx=mv2 (1分) P出=fv (1分) 解得t=12 s(1分) 答案:(1)1.0 Ω　38.4 V　(2)85 W　(3)12 s 【解析】(1)由于灯泡达到额定功率,故灯泡电压为U0=10 V(1分) 根据欧姆定律IL= (1分) 解得IL=1 A(1分) 电动机电流IM= (1分) 解得IM=4 A(1分) 根据闭合电路欧姆定律 E=U0+(IL+IM)(R+r) (1分) 解得R=0.3 Ω(1分) (2)根据焦耳定律,电动机损耗的热功率为 P热=RM(1分) 解得P热=4 W(1分) 电动机的机械功率PM=P-P热=36 W(1分) 路端电压U=E-(IL+IM)r=11.5 V(1分) 电源的输出功率 P输出=U(IL+IM)=57.5 W(1分) 解得η=×100%≈62.6%(1分) 答案:(1)0.3 Ω　(2)62.6% - 2 - 学科网（北京）股份有限公司 $