電路故障的分析判斷方法

吳海文

電路故障的分析判斷方法，是電學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用，又是電學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)中要解決的問題，這類問題歷來是考試的重點(diǎn).教學(xué)過程中怎樣讓學(xué)生掌握電學(xué)的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生分析判斷電路故障的能力，是我們廣大教育工作者在教學(xué)中要解決的重要問題.以下談?wù)劰P者在教學(xué)中的一些做法.

一、設(shè)置障礙，提出問題

為了設(shè)置障礙，筆者在學(xué)生了解普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理》選修3-1，第二章第3節(jié)的“測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)分壓電路中（如圖1）的元件進(jìn)行人為的設(shè)置:第一組把開關(guān)的底線斷接；第二組用導(dǎo)線把小燈泡的燈座短路；第三組把滑動(dòng)變阻器的接線松脫.利用第二課堂的時(shí)間，把參加活動(dòng)的多名學(xué)生分成三個(gè)小組，重做課本中的實(shí)驗(yàn)，很快學(xué)生按實(shí)驗(yàn)電路圖，根據(jù)了解的知識(shí)接好電路，閉合開關(guān)，三個(gè)小組都發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，都齊動(dòng)手找原因.每個(gè)小組的學(xué)生七手八腳找了一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)小燈泡還是不亮.筆者問學(xué)生在排除故障中有什么發(fā)現(xiàn)，第一組的學(xué)生回答:電路中沒有電壓，又沒有電流；第二組的學(xué)生回答:沒有電壓，但有電流；第三組學(xué)生回答:有電壓，但沒有電流.筆者指出三個(gè)小組出現(xiàn)的情況不同，但燈泡不亮，說明電路出現(xiàn)故障，但電路中的故障在哪里？怎樣判斷電路的故障？

二、猜想假設(shè)，激發(fā)興趣

電路中的故障在哪里？怎樣判斷電路的故障？學(xué)生七嘴八舌地議論開了.第一組的學(xué)生認(rèn)為故障出現(xiàn)是因?yàn)殡姵貨]電，卻遭到第二、三組的學(xué)生反駁，理由是電池更換后故障仍未得以排除.第二組的學(xué)生認(rèn)為故障可能是小燈泡壞了，這一回答引起第一、三組學(xué)生的反對(duì)，理由是更換好的燈泡故障仍然沒有排除.第三組的學(xué)生懷疑故障有可能是在電路的某處或某幾處，但怎樣找出電路的故障，有什么方法？

三、方法展示，實(shí)踐應(yīng)用

要想找出電路的故障,必須了解電路出現(xiàn)故障的原因、故障的特點(diǎn)及具備正確判斷故障的方法.

1．電路故障的原因

①短路；②斷路.

2．故障的特點(diǎn)

①短路的特點(diǎn)：有電流通過電路而電壓為零.

②斷路的特點(diǎn)：電源電壓不為零而電流為零；若外電路中任意兩點(diǎn)之間的電壓不為零，則這兩點(diǎn)間有斷點(diǎn)，而這兩點(diǎn)與電源連接部分無斷點(diǎn).

3．故障的分析方法

①儀器檢測(cè)法

a.短路故障的判斷：用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓時(shí)，再逐段與電路并聯(lián)；若電壓表示數(shù)為零時(shí)，該電路被短路，若電壓表示數(shù)不為零，則該電路不被短路或不完全被短路.

b.斷路故障的判斷：用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓時(shí)，再逐段與電路并聯(lián)，若電壓表指針偏轉(zhuǎn)，則該段電路中有斷點(diǎn).

【例1】 某學(xué)生做研究串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，接成如圖2所示的電路，接通S后，他將高內(nèi)阻的電壓表并聯(lián)在A、C兩點(diǎn)間時(shí)，電壓表讀數(shù)為U；當(dāng)并聯(lián)在A、B兩點(diǎn)間時(shí)，電壓表讀數(shù)也為U；當(dāng)并聯(lián)在B、C兩點(diǎn)間時(shí)，電壓表讀數(shù)為零，故障的原因可能是（）.

A．AB段斷路

B．BC段斷路

C．AB段短路

D．無法判斷

應(yīng)用故障的特點(diǎn)分析：由題意可得U_AB=U_AC=U，說明由A、B分別至電源的線路均已接通，若BC段完好，則AB段斷路；若BC段短路，則AB段可能斷路，也可能完好.又由題意得U_BC=0，因而可能AB段斷路或BC段短路，也有可能出現(xiàn)兩者同時(shí)發(fā)生的情況.

答案：A

【例2】 在如圖3所示的電路中，當(dāng)閉合開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)小燈泡（均標(biāo)有“3V，1W”）均不亮，用電壓表測(cè)得U_ac=U_bd=6V，如果電路中的各段導(dǎo)線及連接處均無問題，這說明（）.

A．燈泡L₁的燈絲斷了

B．燈泡L₂的燈絲斷了

C．滑動(dòng)變阻器R的接線斷了

D．開關(guān)S未接通好

答案：B

應(yīng)用故障的特點(diǎn)分析：兩燈泡均不亮，說明電路中有斷路，U_ac=U_bd=6V，說明：ac、bd之外無斷路，斷路就在ac、bd公共部分，即燈L₂出現(xiàn)斷路.

答案：B

②假設(shè)法

已知電路發(fā)生某種故障，尋求故障發(fā)生在何處時(shí)，可將整個(gè)電路劃分為若干部分，然后逐一假設(shè)某部分電路發(fā)生故障，運(yùn)用電流規(guī)律進(jìn)行正向推理，推理結(jié)果若與題述物理現(xiàn)象不符合，則故障不是發(fā)生在這部分電路，若推理結(jié)果與題述物理現(xiàn)象符合，則故障可能發(fā)生在這部分電路，直到找出可能發(fā)生的全部故障為止.

【例3】 如圖4所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為6V，當(dāng)開關(guān)S接通后，燈泡L₁和L₂都不亮，用電壓表測(cè)得各部分電壓是U_ab=6V，U_ad=0，U_cd=6V，由此可斷定（）.

A．L₁和L₂的燈絲都燒斷了

B．L₁的燈絲燒斷了

C．L₂的燈絲燒斷了

D．變阻器R斷路

解析：由題給條件知，電路中有的地方有電壓，可知[JP1]電源是有電壓的.由U璦d=0，可知a、b之間沒有斷點(diǎn)；由U_ab=6V和U_cd=6V， 可知外電路中的a、 b之間有斷點(diǎn)和外電路中的c、d之間有斷點(diǎn)；取其公共部分，可知燈L₂斷路.由電燈L₂兩端電壓不為零，可知燈L₁與變阻器R是導(dǎo)通的.本題應(yīng)選C.

答案：C

分析電路故障還常用排除法，即在明確電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從分析比較故障前后中電流、電壓的變化入手，確立故障原因并對(duì)電路中元件逐一分析，排除不可能情況，尋找故障所在.

四、梳理反思，形成規(guī)律

梳理反思，就是通過對(duì)電路故障判斷、實(shí)例分析、舉例說明，讓學(xué)生對(duì)電學(xué)中判斷分析電路故障的一些方法進(jìn)行歸納總結(jié).在進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上要學(xué)生進(jìn)行自我思考，通過第二課堂的學(xué)習(xí)學(xué)到了什么，學(xué)會(huì)了什么，有什么收獲，有什么新的發(fā)現(xiàn)，還有什么疑惑？學(xué)生通過反思以及對(duì)知識(shí)的梳理，加深了對(duì)電學(xué)知識(shí)的理解，從而總結(jié)出判斷分析電路故障的一些規(guī)律或方法.而在這樣的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，不僅訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手操作能力，而且培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力.

［責(zé)任編輯：黃春香］