初中物理常见电路故障类型及原因分析

初中物理常见电路故障类型及原因分析黑龙江省同江市第三中学韩丽玉初中学生学习电学时，都对如何分辨短路与断路，如何用电流表、电压表判断电路故障感到很困难。直到九年级，学习比较优秀的学生也还糊里糊涂。我认为，对电路故障要熟练正确的判断除了应对各个概念完全掌握，并形成完整的概念体系外，同时还应对各个实验的现象及结论充分理解，并能够灵活应用。在这里通过一些具体的实例，对电路故障分析进行详细的介绍和比较，使同学们在遇到具体问题时，能够选择最佳的解题方法，以提高解决问题的能力和效率。一、短路与断路现象分析初中物理电路故障的类型主要有两种：短路和断路。短路，又分为电源短路和用电器短路两种。1、电源短路，指导线不经过用电器而直接接到了电源的两极上。导致电路中电流过大，从而烧坏电源。这种情况是绝对不允许的。电源短路，如图两种情况，一种是开关闭合，导线直接接到电源两极上;另一种是开关闭合，电流表直接接到了电源两极上2、用电器短路，指的是串联的多个用电器中的一个或多个（当然不是全部）在电路中不起作用，这种情况是由于接线的原因或者电路发生故障引起的。这种情况一般不会造成较大的破坏。用电器短路，从实验的角度给学生做如图所示的B实验，学生观察到：闭合开关，灯泡Li、L2发光，当用一根导线并接到AB两点之间，灯泡L2熄灭，灯泡Li变亮。事实告诉同学们，此时灯泡L2中没有电流流过，电流从电源正极流到A点后，只经过导线流到B点，再流过L1，回到电源负极。将这一现象上升到理论就是：从同一起点A到同一终点B，如果存在多条可能的通路，但其中有一条是导线，则电流只流经导线，不通过其他任一通路。这种现象表现出了自然界“最经济的原理”。断路，指电路断开的情况，可能是由于接触问题或者电流过大把用电器烧毁引起的。具体“症状”有：1：用电器不工作。诊断：（1）若题中电路是串联电路，看其它用电器能否工作，如果所有用电器均不能工作，说明可能某处发生了断路；如果其它用电器仍在工作，说明该用电器被短路了。（2）若题中电路是并联电路，如果所有用电器均不工作，说明干路发生了断路；如果其它用电器仍在工作，说明该用电器所在的支路断路。2、电流表示数正常而电压表无示数:诊断：“电流表示数正常”表明主电路为通路,“电压表无示数”表明无电流通过电压表,则故障原因可能是:电压表损坏;电压表接触不良;与电压表并联的用电器短路。3、电压表有示数而电流表无示数诊断：“电压表有示数”表明电路中有电流通过,“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表,则故障原因可能是电流表短路;和电压表并联的用电器开路，此时电流表所在电路中串联了大电阻（电压表内阻）使电流太小，电流表无明显示数。4、电流表电压表均无示数诊断：“两表均无示数”表明无电流通过两表，除了两表同时短路外，最大的可能是主电路断路导致无电流。二、电路故障模拟实验如图所示，灯泡Li和灯泡L2串联在电路中，为了帮助同学们理解故障原因，分别做以下四个模拟实验：S实验一：模拟灯Li短路的情形，取一根导线并接|到Li的两端，闭合开关，观察到灯L2发光，且亮度变亮，L1H可2；丁区电流表示数变大，电压表无示数（被短路）；口；卜实验二：模拟灯Li断路的情形，将灯Li从灯座上取下来，闭合开关，观察到灯匕熄灭，电流表无示数，电压表示数变大，为电源电压；实验三：模拟灯L2短路的情形，取一根导线并接到L2的两端，闭合开关，观察到灯Li亮度变亮，电流表示数变大，电压表示数变大；实验四：模拟灯L2断路的情形，将灯L2从灯座上取下来，闭合开关，观察到灯Li熄灭，电流表无示数，电压表也无示数。三、判断故障的方法使用电压表、电流表、小灯泡、导线等都可以判断故障所在，以下举例说明。主要判断方法：方法一、电压表检测法例1在电学实验中，遇到断路时，常用电压表来检测。某同学连接了如图1所示的电路，闭合开关S后，发现灯不亮，为检查电路故障，他用电压表进行测量，结果是：Uae=3V,Uab=0,Ubd=0,Ude=3V则此电路的故障可能是（）A.开关S接触不良B.小灯泡灯丝断了C.d、e间出现断路D.e、f间出现断路分析：观察电路，灯泡和定值电阻串联，闭合开关S后，发现灯不亮，说明发生断路故障。用电压表测量时，表与被测元件并联，相当于在被测元件旁又使电流有了一条路径。若被测元件通路，由于电压表电阻很大，等效于开路，对电路无影响，其示数为零；若被测元件断路，电流不能从元件通过，只能从电压表通过，因电压表的电阻很大，这个电流很小，灯泡不亮，但电压表有示数，且近似等于电源电压。本题中电压表测得Uae=3V,说明电源可提供3V电压；Uab=0,Ubd=0,说明a、d两点与电源两极相连的电路某处断开，Ude=3V,说明故障在d、e两点之间且为断路。选择Co方法二、导线检测法例2如图所示，闭合开关S时，灯泡Li、L2都不亮，用一根导线的两端接触a、b两点时两灯都不亮；接触b、c两点时，两灯都不亮；接触c、d两点时，两灯都亮。则（）A.夕TLi断路B.夕TL2断路C.夕TL2短路D.开关S断路分析：闭合开关S时，灯泡Li、L2都不亮，说明电路发生断路故障。用一根导线的两端接触a、b两点时两灯都不亮，说明断路故障发生在灯L2和开关上；接触b、c两点时，两灯都不亮；说明断路故障发生在灯Li和开关上；接触c、d两点时，两灯都亮，排除灯泡故障，说明开关S断路，故选d电流表、小灯泡的检测法与导线相似，电流表检测时要防止造成电源短路。四、典型练习题1 .如图2所示的电路中，电源电压为6V,当开关S闭合后，只有一只灯泡发光，且电压表V的示数为6V,产生这一现象的原因可能是（）A.夕TLi处短路B.灯L2处短路C.夕TLi处断路D.夕TL2处断路2 .如图3所示，当开关S闭合时，发现电流表指针偏转，电压表指针不动。该电路的故障可能是（）A.夕TLi的接线短路B.夕TL2的接线短路C.夕TLi的灯丝断了D.灯L2的灯丝断了3 .在图4所示的电路中，电源电压不变，闭合开关S后，灯Li、L2都发光。一段时间后，其中一盏灯突然熄灭，而电流表、电压表的示数不变,产生这一现象的原因可能是（）A.夕TLi短路B.灯L2短路C.夕TLi断路D.夕TL2断路（以上3道练习题的答案分别是：B、A、D）