電路故障分析

王海燕

電路故障分析能夠綜合考查電路識別、電流表、電壓表、電路中的規(guī)律等知識，也能考查學(xué)生解決實驗中可能遇到的實際問題的能力，是考試中必不可少的題型。電路故障常見的情況是斷路和短路，可以用電壓表、小燈泡、電流表、導(dǎo)線來檢驗。下面以只存在一處故障為例說明故障判斷的方法。

一、斷路的判斷

1.斷路出現(xiàn)的現(xiàn)象。斷路最顯著的特征是電路中無電流（電流表無讀數(shù)），且用電器不工作（如燈不亮），電壓表讀數(shù)接近電源電壓（或電壓表示數(shù)較大）。如果發(fā)現(xiàn)這種情況，則電路發(fā)生了斷路。

2.判斷的具體方法。首先判斷電路各元件的連接方式。然后根據(jù)具體情況選用以下四種方法進行判斷。

（1）電壓表檢測法。操作：把電壓表分別與某段電路兩接線柱之間的部分并聯(lián)；判斷：若電壓表有示數(shù)且示數(shù)較大（常表述為等于或接近電源電壓），則與電壓表并聯(lián)的部分電路出現(xiàn)斷路（電源除外）。說明：電壓表有較大讀數(shù)，說明電壓表的兩接線柱到電源正負極的路徑是通路，因此斷路的部分只能是和電壓表并聯(lián)的那部分電路。

圖1例1.（2014·泰安）小強同學(xué)在探究串聯(lián)電路電流規(guī)律的實驗中，按如圖1所示連接好電路，閉合開關(guān)S后，觀察實驗，兩燈均不發(fā)光。為檢測出電路故障，他做了以下操作：將電壓表接到b、c兩點，觀察電壓表、電流表均無示數(shù)；將電壓表接到a、b兩點，觀察電壓表有明顯示數(shù)，而電流表示數(shù)幾乎為零。則電路故障可能是（ ）

A.燈L2斷路 B.燈L2短路

C.電流表燒壞了 D.燈L1斷路

解析：觀察電路圖，燈L1、L2組成串聯(lián)電路；“閉合開關(guān)S后，兩燈均不發(fā)光”，且電流表始終無示數(shù)，說明電路故障為斷路；“將電壓表并聯(lián)在b、c兩點，電壓表無示數(shù)”，說明電壓表的兩接線柱不能與電源正負極相連。即路徑：b—L1—a—電流表—電源正極和路徑：c—電源負極的路徑上出現(xiàn)斷路；“將電壓表接到a、b兩點，觀察電壓表有明顯示數(shù)”，說明電壓表的兩接線柱與電源正負極接通。即路徑：a—電流表—電源正極和路徑：b—L2—c—開關(guān)—電源負極是通路。

結(jié)論：燈L1斷路。故選D。

點評：整個電路處于斷路時，電路中沒有電流，用電器不工作，其兩端電壓為零，電壓表示數(shù)應(yīng)該為零，為什么電壓表示數(shù)較大呢？是因為電壓表通過了其他路徑連接到電源兩端，因此電壓表測出的電壓近似等于電源電壓。

還應(yīng)該知道的常識是，電流表電阻較小，在電路中可以近似認為相當(dāng)于導(dǎo)線；電壓表電阻較大，通過其電流太小，不足以使用電器工作，可以近似認為用電器處于斷路狀態(tài)。提高解決此類問題的能力，平時還要多做實驗，多試一試，多積累這方面的經(jīng)驗。

圖2例2.（2014·包頭）如圖2所示電路，開關(guān)S閉合后，若L1的燈絲突然燒斷，會發(fā)生的現(xiàn)象是（ ）

A.L1、L2、L3均熄滅，電壓表、電流表示數(shù)均為零

B.L1、L2均熄滅，L3仍發(fā)光，電壓表、電流表示數(shù)均變大

C.除L1不亮外，其余一切無任何變化

D.L1、L2、L3均熄滅，電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)幾乎為零

解析：依據(jù)電路圖，燈L1、L2、L3組成串聯(lián)電路?！叭鬖1的燈絲突然燒斷”，說明電路斷路，電流表示數(shù)為零；根據(jù)串聯(lián)電路的特點，各用電器之間互相影響，一個用電器不工作其余用電器也不能工作，所以L1、L2、L3均熄滅。依圖可知：如果電路連接正確無誤，電壓表測L1、L2總電壓；現(xiàn)在電路斷路，L1、L2不工作，電壓表無法測出L1、L2總電壓；但電流路徑：電壓表左側(cè)—L3—電源正極和電路路徑：電壓表右側(cè)—電流表—電源負極是通路，所以電壓表可以測量出電源電壓。

結(jié)論：電壓表示數(shù)變大。故選D。

點評：判斷電路故障，是對電路知識的綜合考查。本題除了判斷斷路時將出現(xiàn)的現(xiàn)象，還有一個難點，就是判斷電壓表測哪部分電路的電壓。很多學(xué)生誤以為電壓表測L3或電源電壓。判斷電壓表測哪部分電路的電壓的方法：走電流路徑，可知電壓表正接線柱接在電流流入L1的那端，負接線柱接在電路流出L2的那端，因此電壓表測的是L1、L2總電壓。

（2）電流表檢測法。操作：把電流表分別逐段與兩接線柱之間的部分并聯(lián)；判斷：如果電流表有讀數(shù)，其他部分開始工作，則此時與電流表并聯(lián)的部分電路斷路。注意：電流表要用試觸法選擇合適的量程，以免燒壞電流表。

（3）導(dǎo)線檢測法。操作：同電流表檢測法；判斷：如其他部分能開始工作，則此時與電流表并聯(lián)的部分電路斷路。

圖3例3.如圖3所示電路，閉合開關(guān)時，發(fā)現(xiàn)電流表指針幾乎沒有偏轉(zhuǎn)。某同學(xué)拿一根導(dǎo)線去查找電路故障，他將導(dǎo)線并接在bc、cd、ed兩端時，電流表指針沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)；將導(dǎo)線并接在ab兩端時，發(fā)現(xiàn)電流表指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，由此可知電路故障可能是（ ）

A.e點斷路 B.L1斷路

C.電流表短路 D.L2斷路

解析：依據(jù)電路圖，燈L1與L2串聯(lián)；“閉合開關(guān)時，發(fā)現(xiàn)電流表指針幾乎沒有偏轉(zhuǎn)”，說明電路斷路?！皩?dǎo)線并接在bc、cd、ed兩端時，電流表指針沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)”說明此處沒有出現(xiàn)斷路?！皩?dǎo)線并接在ab兩端時，發(fā)現(xiàn)電流表指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)”，說明斷路部分出現(xiàn)在ab段。

結(jié)論：L1斷路，故選B。

點評：用導(dǎo)線法檢測電路的斷路故障，實際是用導(dǎo)線替代斷路部分，此方法操作簡便，現(xiàn)象明顯，是實際操作中最常用的方法之一。

（4）小燈泡檢測法。操作：同電流表檢測法；判斷：如果小燈泡發(fā)光或其他部分能開始工作，則此時與小燈泡并聯(lián)的部分電路斷路。

圖4例4.如圖4所示，閉合開關(guān)S，燈L亮，一段時間后燈L熄滅，若電路中只有一處故障，且只發(fā)生在燈L或R上，現(xiàn)用一只規(guī)格相同且完好的燈L′替換燈L，正確的判斷是（ ）

A.若燈L′亮，則燈L一定斷路

B.若燈L′亮，則燈L一定短路

C.若燈L′不亮，則電阻R一定斷路

D.若燈L′不亮，則電阻R一定短路

解析：依據(jù)電路圖，燈L與電阻R串聯(lián)。由于串聯(lián)電路電流只有一條路徑，“用一只規(guī)格相同且完好的燈L′替換燈L”：

（1）若燈L′亮，說明現(xiàn)在電路是通路，原電路故障在燈L上，燈L可能是短路或斷路；答案A中敘述說，燈一定是斷路，不全面，同理答案B中的敘述，燈一定是斷路也不全面。故不能選A或B。

（2）若燈L′不亮，說明原電路燈L完好，故障只能在電阻R上?？紤]到原電路燈L雖然完好，但卻熄滅，只能是電路發(fā)生了斷路，因此故障只能是電阻R斷路。

結(jié)論：若燈L′亮，則燈L可能是短路或者斷路；若燈L′不亮，則電阻R一定斷路。故選C。

點評：應(yīng)注意審題，若燈L′亮，電路可能出現(xiàn)的現(xiàn)象有兩種情況：燈L可能是短路或斷路，但A、B答案中的“一定”限制了答案的唯一性，因此A、B答案不正確。

總之，用電流表、導(dǎo)線、小燈泡檢測電路斷路的故障，基本原理是相同的，就是再造一條電流路徑，替代斷路部分，使原電路連通，從而檢測出斷路部分。

二、短路的判斷

先判斷電路的連接方式，是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路。

1.并聯(lián)電路出現(xiàn)短路。并聯(lián)電路中，各用電器是并聯(lián)的，如果一個用電器短路或電源發(fā)生短路，則整個電路就短路了，后果是引起火災(zāi)、損壞電源，因而是絕對禁止的。

圖5例5.（2013·湘西）如果電路中出現(xiàn)如圖5所示的情形，物理學(xué)中稱之為短路，這樣的后果很嚴重，這時燈泡會（ ）

A.變暗 B.變得更亮

C.正常發(fā)光 D.不能發(fā)光

解析：家庭電路各用電器是并聯(lián)的，一旦發(fā)生短路時，由于電路中的電流過大，導(dǎo)線在短時間內(nèi)會產(chǎn)生較多的熱量，因此容易引起火災(zāi)。故選D。

點評：解決此類問題要結(jié)合短路現(xiàn)象進行分析解答，注意發(fā)生短路時，用電器不能工作，但不會損壞，線路或電源將被燒壞。

圖6例6.小剛有一個帶有開關(guān)、指示燈和多個插座的接線板，如圖6所示，每當(dāng)接線板的插頭插入家庭電路中的插座，閉合接線板上的開關(guān)時，總出現(xiàn)“跳閘”現(xiàn)象。關(guān)于“跳閘”原因和接線板中的電路連接，下列說法中正確的是（ ）

A.“跳閘”的原因是接線板中的電路發(fā)生了斷路

B.“跳閘”的原因是接線板中的電路發(fā)生了短路

C.接線板上的多個插座與指示燈串聯(lián)

D.接線板上的開關(guān)與指示燈并聯(lián)

解析：家庭電路中出現(xiàn)“跳閘”現(xiàn)象，是由于電流過大，即出現(xiàn)短路或用電器總功率過大。但本題中指出“每當(dāng)接線板的插頭插入家庭電路中的插座，閉合接線板上的開關(guān)時，總出現(xiàn)‘跳閘現(xiàn)象”，說明是接線板本身出現(xiàn)短路。結(jié)論：接線板中的電路發(fā)生了短路。故選B。

點評：接線板上各插座是為了插接各個用電器，它們之間是并聯(lián)的；指示燈是為了指示接線板是否與電源接通，斷開接線板開關(guān)，接線板與電源斷開，因此接線板上開關(guān)與指示燈是并聯(lián)的。

2.串聯(lián)電路短路。常見的是其中一個用電器發(fā)生局部短路。某用電器（發(fā)生短路）兩端無電壓，電路中有電流（電流表有讀數(shù)）且較原來變大，另一用電器兩端電壓變大，這盞電燈更亮等。

判斷方法：（1）確定故障是短路故障。串聯(lián)電路如果電流表有示數(shù)或者某用電器工作，證明電路是通路，電路故障一定是短路。（2）判斷電路被短接的部分。使用電壓表判斷，短路情況下，電壓表測導(dǎo)線兩端電壓，示數(shù)為零表示導(dǎo)線正常；測用電器兩端電壓，示數(shù)為零，此用電器短路。

圖7例7.（2013·營口）小明同學(xué)在利用如圖7所示電路進行電學(xué)實驗時，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈L1亮、燈L2不亮，電流表和電壓表均有示數(shù)。則故障原因是（ ）

A.燈L1斷路 B.燈L1短路

C.燈L2斷路 D.燈L2短路

解析：此電路為串聯(lián)電路；一個用電器不工作，其他用電器能工作，故障只能是此用電器短路；“閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈L1亮、電流表有示數(shù)”，說明電路為通路，因此電路故障為短路；“燈L2不亮，并且電壓表測L1兩端電壓有示數(shù)”，說明燈L2短路。結(jié)論：燈L2短路。故選D。

點評：串聯(lián)電路，用電器互相影響，出現(xiàn)一個用電器工作，另一個不工作，則一定是發(fā)生了部分電路短路。

三、綜合分析

電路故障包括短路和斷路，斷路時用電器不能工作，電流表示數(shù)為零；短路時，被短路的用電器不工作，電路中有電流。

圖8例8.在圖8中，當(dāng)開關(guān)S閉合后，兩只小燈泡發(fā)光，電壓表示數(shù)為4V。過了兩分鐘，電壓表示數(shù)突然變?yōu)?，經(jīng)檢查除小燈泡外其余器材的連接良好，請分析造成這種情況的原因可能有：

________________________________________

。

解析：電壓表示數(shù)為0，其原因有三：一是電壓表沒有接好或電壓表損壞；二是小燈泡L2短路；三是小燈泡L1斷路，電壓表無法鏈接到電源兩極。因為原來電壓表有示數(shù)，可排除原因一的情況。那么還有兩種情況都是可能的。答案：小燈泡L2短路；小燈泡L1斷路。

點評：電路故障常常有很多可能性，因此應(yīng)綜合考慮，不遺漏。

圖9例9.在圖9所示電路中，電源電壓不變。閉合開關(guān)S，電路正常工作。一段時間后，發(fā)現(xiàn)其中一個電壓表示數(shù)變小，則（ ）

A.燈L可能變亮

B.燈L亮度可能不變

C.電阻R可能斷路

D.電阻R可能短路

解析：本題中電阻和燈泡串聯(lián)，電壓表V1測總電壓，讀數(shù)和電源電壓相等且保持不變，所以是電壓表V2讀數(shù)變小。V2測的是電阻R兩端電壓，根據(jù)分壓關(guān)系，它兩端電壓變小，L可視為定值電阻，V2的讀數(shù)只能變?yōu)榱?，則電燈L兩端電壓必變大，而變大的原因只能是R發(fā)生短路，或L發(fā)生斷路。答案：A、D。

點評：本題不僅考查了電路故障的分析，還考查了歐姆定律的熟練應(yīng)用。

例10.如圖10所示的家庭照明電路，已知其中一只燈泡的燈頭接線處存在故障.電工師傅為查明故障，在保險絲處接入一只“220V 40W”的燈泡L0。當(dāng)只閉合開關(guān)S、S1時，燈泡L0和L1都呈暗紅色（比正常發(fā)光狀態(tài)暗得多）；當(dāng)只閉合開關(guān)S、S2時，燈泡L0正常發(fā)光，L2不發(fā)光。由此可以確定（ ）

圖10A.L1燈頭接線處斷路

B.L1燈頭接線處短路

C.L2燈頭接線處斷路

D.L2燈頭接線處短路

解析：家庭電路中，“燈泡的燈頭接線處存在故障”常見的就是火線和零線接觸，發(fā)生短路。家庭電路各用電器的額定電壓為220V，當(dāng)“保險絲處接入燈泡L0”之后，“只閉合開關(guān)S、S1時”，燈泡L0和L1串聯(lián)，由于串聯(lián)分壓，所有都不能滿足額定電壓，因此“都呈暗紅色”（比正常發(fā)光狀態(tài)暗得多），這說明燈L1正常；“當(dāng)只閉合開關(guān)S、S2時，燈泡L0正常發(fā)光”，說明L0滿足額定電壓220V，L2沒有分壓，且“L2不發(fā)光”，證明L2短路。答案：D。

點評：家庭電路中發(fā)生短路故障，會發(fā)生較為嚴重的問題，因此有經(jīng)驗的電工常常用一只“220V 40W”的燈泡L0作為校驗燈來檢驗出現(xiàn)短路的支路，既簡單又方便。

電路故障的判斷不僅需要電學(xué)知識的綜合應(yīng)用，還需要實驗和實踐知識的長期積累，才能快速準確的做出判斷。