专题2：闭合电路的功率 故障分析 导学案-2026-2027学年高二上学期物理人教版必修第三册

该高中物理导学案聚焦闭合电路的功率计算、效率分析及电路故障判断，通过知识整理表格对比总功率、热功率、输出功率的表达式与规律，结合输出功率随外电阻变化的图像，衔接闭合电路欧姆定律，搭建从基础公式到动态规律的学习支架。 资料以生活情境例题（如太阳能遮阳帽供电）、图像分析（U-I图线）及综合电路计算（含电动机）为特色，培养学生科学思维中的模型建构与科学推理能力，故障分析采用假设法强化科学论证，助力学生形成能量观念，提升解决实际电路问题的能力。

专题2：闭合电路的功率　故障分析 [学习目标]　 1.会计算闭合电路的功率和效率，掌握电源的输出功率随外电阻变化的图像.（重难点） 2.会结合闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律分析电路故障． 一、闭合电路中的功率和效率 【知识整理】 1．闭合电路中的功率 项目 电源的总功率P总 电源的热功率P热 电源的输出功率P出 普遍适用的表达式 P总＝EI P热＝I2r P出＝U外I 纯电阻电路中的表达式 P总＝＝I2(R＋r) P热＝I2r P出＝I2R＝（ ） 联系 P总＝P热＋P出 2.电源输出功率P出随外电阻R的变化规律 (1)电源的输出功率P出＝U外I＝I2R＝R＝＝，当R＝r时，电源有最大输出功率，Pmax＝.（ ） （ ） （ ） (2)电源的输出功率随外电路电阻R变化的图像如图所示． (3)电源的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%. 由此可见，外电路电阻R越大，电源的效率越高，当R＝r时电源的输出功率最大，电源的效率η＝50%. 【例题】 1．市面上有一种带小电扇的遮阳帽，电扇由太阳能电池供电。已知该款太阳能电池的电动势为E，内阻为r，给小电扇供电时，电路中的电流为I，电扇两端的电压为U。下列说法正确的是（     ） A．电路的总功率为UI B．小电扇的电阻为 C．太阳能电池的输出功率为EI D．太阳能电池内阻消耗的功率为 2．图甲为某电源的U﹣I图线，图乙为某小灯泡的U﹣I图线，则下列说法正确的是（     ） A．电源的内阻为5Ω B．小灯泡的电阻随着功率的增大而减小 C．把电源和小灯泡组成闭合回路，小灯泡的功率约为0.3W D．把电源和小灯泡组成闭合回路，电路的总功率约为0.3W 3．如图所示，电路中电源的电动势为6V，内阻为0.5Ω，不考虑温度对小灯泡阻值的影响，电压表视为理想电表。开关闭合时，电压表示数为5V。求开关闭合时： (1)电路中的电流； (2)小灯泡的电阻； (3)若在灯泡右侧串联一滑动变阻器，接入电路电阻为2Ω，求电源的输出功率。 4．如图所示，电源电动势，，内电阻，小灯泡标有“3V；3W”字样，小灯泡标有“2V；4W”字样，电动机D的内阻，当闭合电键S，将滑动变阻器R的阻值调到时，两灯泡和电动机均能正常工作。求： (1)流过电动机的电流； (2)电动机输出的机械功率； (3)电动机效率； (4)电源的输出功率。 5．如图甲所示的电路中，、为定值电阻，且，阻值未知，为一滑动变阻器，当其滑片P从左端滑至右端时，测得电源的路端电压随电流源中流过的电流变化图线如图乙所示，其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的，求： (1)电源的电动势和内阻，以及的最大阻值； (2)接入电路的阻值为多少时，的功率最大，最大功率是多少； (3)接入电路的阻值为多少时，的功率最大，最大功率是多少。 二、电路故障分析 【知识整理】 （1）常见故障：断路、短路． （2）常用方法：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． 【例题】 6．如图所示的电路中，闭合电键，灯L1、L2正常发光，由于电路出现故障，突然发现灯L1变亮，灯L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是（     ） A．R1断路 B．R2断路 C．R3短路 D．R4短路 7．某同学按照如图所示的电路图进行实验。连接电路元件后，闭合开关，发现两个灯均不亮。已知线路连接完好，某个元件发生了故障，该同学用多用电表的直流电压挡来检测故障元件。他在闭合开关的情况下把多用电表的一个表笔始终接在电路的点上，用另一个表笔依次接触电路中的、、、点，关于该操作下列说法正确的是（     ） A．应该用黑表笔始终接触点 B．测量未知电压时，多用电表应先用小量程再逐渐增大到合适的量程 C．若测得，，，不为零，则电路中滑动变阻器断路 D．多用电表使用结束时，应把选择开关置于直流电压最高挡或者“OFF”挡 8．在如图所示的电路中，当开关S闭合时，电灯不亮，电流表无读数，电压表读数接近为电源电压，以下可能的情况是（　　） A．电流表断路，L1和L2都完好 B．L1灯丝断路，电流表和L2都完好 C．L2灯丝断路，电流表和L1都完好 D．L1和L2灯丝都断路，而电流表完好 9．某实物投影机有10个相同的强光灯L1~L10（25V/200W）和10个相同的指示灯X1~X10（220V/2W），将其连接在220V交流电源上，如图所示，则下列对工作电路的表述正确的是（　　） A．若L2断路，则干路电流I增大 B．若L2断路，则X1的功率增大，L1的功率增大 C．若L2短路，X2功率减小，其它指示灯的功率增大 D．若L2短路，X2功率增大，其它指示灯的功率减小 10．如图所示的电路中，电源的电动势为E、内阻为r，R1为滑动变阻器，R2为定值电阻。电路中灯泡A和灯泡B原来都是正常发光的。下列分析正确的是（　　） A．将R1的滑动触头向左移动，则A灯变亮、B灯变暗 B．将R1的滑动触头向右移动，则A灯变暗、B灯变亮 C．若A灯、B灯均变暗，则可能R1断路 D．若A灯变暗、B灯变亮，则可能R2断路 参考答案 1．D 【详解】A．电路总功率是电源的总功率，应为，是外电路功率，故A错误； B．非纯电阻用电器不满足欧姆定律，小电扇大部分电能转化为机械能，只有少部分转化为内能，因此其电阻小于，故B错误； C．太阳能电池的输出功率是外电路功率，应为，是电池总功率，故C错误； D．焦耳定律对任何电路都成立，内阻的热功率始终为，故D正确。 故选D。 2．C 【详解】A．由图甲可知，当时，当时，由 整理得，故A错误； B．由图乙可知，随着电流增大，曲线上各点与原点连线的斜率 增大，同时 增大，所以小灯泡的电阻随功率增大而增大，故B错误； C．将图甲中电源的图线延长并与图乙中小灯泡的图线叠加，两图线交点约为、 小灯泡功率，故C正确； D．闭合电路的工作电流约为，电源的总功率，故D错误。 故选C。 3．(1) (2) (3) 【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律得 解得 （2）根据欧姆定律，小灯泡的电阻为 （3）根据闭合电路欧姆定律得 电源的输出功率为 4．(1)1A (2)3.5W (3)87.5% (4)12W 【详解】（1）对小灯泡分析，可得流过的电流为 对小灯泡分析，可得流过的电流为 可得流过电动机的电流为 （2）小灯泡的电阻为 电动机两端的电压 电动机的输入功率 电动机的热功率 电动机输出的机械功率 （3）电动机效率为 （4）电源两端的电压 电源的输出功率 5．(1)，， (2)0，3.2W (3)，3.2W 【详解】（1）当P滑到R3的左端时，电路参数对应图乙中的A点，则， 当P滑到的右端时，电路参数对应图乙中的B点，则， 由闭合电路的欧姆定律，可得， 联立解得， ，     当P滑到的左端时，此时并联部分电阻 设此时滑动变阻器阻值为，得 解得 （2）是定值电阻，功率 总电流最大时功率最大。总电流最大对应总电阻最小，即 此时电流，最大功率 （3）将、、r等效为新内阻，则等效内阻为与并联，可得等效内阻 当时，功率最大，因此     等效电动势 最大功率 6．A 【详解】A．没有发生故障前，等效电路如图所示 若断路，总外电阻变大，总电流减小，路端电压变大，L1两端电压变大，L1变亮；ab部分电路结构没变，电流仍按原比例分配，总电流减小，通过L2、的电流都减小，L2变暗，符合题意，故A正确； B．若断路，总电阻变大，总电流减小，ac部分电路结构没变，电流仍按原比例分配，、L1中电流都减小，L1变暗，与题意相矛盾，故B错误； CD．若短路或短路，总电阻减小，总电流增大，电流表示数变大，与题意相矛盾，故CD错误。 故选A。 7．C 【详解】A．多用电表测直流电压时，要求电流从红表笔流入电表、黑表笔流出，因此红表笔需要接高电势端。A点接电源正极，电势更高，因此应该用红表笔接触A点，故A错误； B．测量未知电压时，为了防止电压过大损坏电表，应当先用大量程试测，再减小到合适量程，不能先用小量程，故B错误； C．检测断路故障时，若两点间电压为零，说明两点到电源两极之间是通路，两点电势相等；电路有 说明A到D之间为通路；而不为零，说明A连通电源正极、F连通电源负极，断点在D到F之间，也就是滑动变阻器断路，故C正确； D．多用电表使用结束后，选择开关应置于OFF挡或交流电压最高挡，故D错误。 故选C。 8．B 【详解】A．如果电流表中断路，L1和L2都完好，则电压表与电源连接不能相连，电压表示数为零，A错误； B．如果L1灯丝断路，电流表和L2都完好，则电路断路，两灯都不亮，电流表示数为零，电压表与电源两极相连，电压表示数接近电源电压，B正确； C．如果L2灯丝断路，电流表和L1都完好，电压表与电源两极不能相连，电压表示数为零，C错误； D．如果L1和L2灯丝都断路电流表完好，则电压表不能与电源两极相连，电压表示数为零，D错误。 故选B。 9．C 【详解】A. 若L2断路，外电阻增大，则干路电流I减小，A错误； B. 若L2断路，相当于L2阻值增大，根据串反并同，X1和L1的电流都减小，X1和L1的功率都减小，B错误； C. 若L2短路，相当于L2的阻值减小，根据串反并同规律，X2的电压减小，X2功率减小，其它指示灯的电流增大，功率增大，C正确，D错误。 故选C。 10．D 【详解】AB．将R1的滑动触头向左移动，则R1阻值减小，总电阻减小，总电流变大，路端电压减小，则A灯、B灯两端电压都减小，则两灯都变暗；同理可判断，将R1的滑动触头向右移动，则两灯都变亮，选项AB错误； C．若R1断路，等效为R1的滑动触头向右移动电阻变大，则A灯、B灯均变亮，选项C错误； D．若R2断路，则等效为R2变大，则总电阻变大，总电流减小，路端电压变大，通过R1的电流变大，则通过上面支路的电流减小，即通过A灯的电流减小，则此时A灯变暗，A灯两端的电压减小，则B灯两端电压变大，则B灯变亮，则选项D正确。 故选D。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $