電路故障分析方法

梅建功

用電器不工作或不能正常工作、電表示數(shù)異常等，統(tǒng)稱為電路故障；電路故障可分為斷（開）路、短路及電路元件使用不當(dāng)三大類。判斷電路故障，要明確故障現(xiàn)象（用電器工作狀況或電表示數(shù)異常等），弄清故障原因，確認(rèn)故障性質(zhì)（斷路或短路等），找出故障位置（故障發(fā)生在哪個元件或電路的哪一點(diǎn)上）。分析判斷電路故障，涉及電路識別、電表使用、串并聯(lián)電路的規(guī)律、歐姆定律等知識的綜合應(yīng)用，考查靈活運(yùn)用所學(xué)知識分析和判斷的能力，是中考的?？键c(diǎn)，也是入手不易、得分率較低的難題，其考題類型及其解題思路方法如下：

一、判定故障原因

由故障現(xiàn)象分析判定故障原因或故障位置，常用方法有兩種：

1.驗(yàn)證法

對于給定故障原因選擇范圍的考題，可依據(jù)故障現(xiàn)象，運(yùn)用驗(yàn)證方法進(jìn)行比對分析，即逐一利用所給的故障原因去驗(yàn)證故障現(xiàn)象，從而確定故障原因或故障所在。

例1.所示的電路中，電源電壓恒定，閉合開關(guān)S后，電路正常工作。過了一會兒，兩電表的示數(shù)突然都變?yōu)榱?，則該電路中出現(xiàn)的故障可能是（）

A.電阻R短路B.電阻R斷路

C.燈L短路D.燈L斷路

解析：燈L與電阻R串聯(lián)，電壓表測量電阻R兩端的電壓，電流表測量電路中的電流。故障現(xiàn)象：兩電表示數(shù)為零。

若電阻R短路，則電壓表無示數(shù)，而電流表有示數(shù)；若電阻R斷路，則電路中沒有電流，即電流表無示數(shù)，而此時電壓表的兩接線柱經(jīng)燈L、開關(guān)與電源兩極相連，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓；若燈L短路，電路為通路，電路中有電流，則電流表和電壓表均有示數(shù)；若燈L斷路，電路中無電流，即電流表無示數(shù)，此時電壓表的兩接線柱不能與電源兩極接通，故電壓表無示數(shù)。答案：D。

【溫馨提示】電表示數(shù)異?，F(xiàn)象及其故障原因一般為：

①指針左右擺動——接觸不良。

②指針反偏——正、負(fù)接線柱接反。

③指針偏轉(zhuǎn)角度過大——電表量程選小了。

④指針偏轉(zhuǎn)過小——電表量程選大了。

⑤電流表的示數(shù)突然變大——短路；示數(shù)突然為零——斷路。

⑥電壓表的示數(shù)等于電源電壓——電壓表串聯(lián)在電路中、與電壓表并聯(lián)的元件斷路、與電壓表并聯(lián)以外的電路有短路；示數(shù)為零——與電壓表并聯(lián)的元件短路、與電壓表并聯(lián)以外的電路斷路。

例2.如所示的電路，閉合開關(guān)，觀察發(fā)現(xiàn)燈泡L1亮、L2不亮。調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P，燈泡L1的亮度發(fā)生變化，但燈泡L2始終不亮。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的可能原因是（）

A.燈泡L2燈絲斷了

B.燈泡L2短路

C.滑動變阻器短路

D.滑動變阻器接觸不良

解析：兩燈與變阻器串聯(lián)，電壓表測L1兩端電壓；故障現(xiàn)象：燈泡L2始終不亮。

若L2燈絲斷了，電路斷路，L1不會亮；若L2短路，L2不會亮，L1仍能發(fā)光，移動滑片，變阻器連入電路的阻值變化，電路的總電阻R=R變變化，電路中的電流I=UR和L1兩端的電壓UL1=IRL1隨之變化，則L1的亮度發(fā)生變化；若變阻器短路，兩燈會同時發(fā)光，且調(diào)節(jié)滑片不會引起L1亮度變化；若變阻器接觸不良，電路斷路，兩燈都不亮。答案：B。

【溫馨提示】斷路是指斷開的電路；短路是指電流不經(jīng)用電器直接形成通路，短路分為電源短路和局部短路兩種。在串聯(lián)電路中：

（1）斷路的主要表現(xiàn)為：①所有用電器不工作；②電流表無示數(shù)；③電壓表接在斷點(diǎn)兩端時有示數(shù)且接近電源電壓，接在其他用電器兩端時無示數(shù)。

（2）短路的主要表現(xiàn)為：①短路的用電器不工作，其他用電器仍工作；②電流表有示數(shù)且較原來變大；③電壓表接在短路兩端時無示數(shù)，接在其他用電器兩端時有示數(shù)且較原來變大；④電源被短路時，容易燒壞電源。

例3.在如所示的電路中，電源電壓不變。閉合開關(guān)S后，燈L1、L2都發(fā)光；一段時間后，其中一燈突然熄滅，而電流表、電壓表的示數(shù)都不變，則產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是（）

A.燈L1短路

B.燈L2短路

C.燈L1斷路

D.燈L2斷路

解析：兩燈并聯(lián)，電流表測通過L2的電流，電壓表測L2兩端電壓（或并聯(lián)電路兩端的電壓、電源電壓）；故障現(xiàn)象：其中一燈泡熄滅，電流表、電壓表的示數(shù)都不變。

若L1或L2短路，會造成整個電路的短路，則會燒毀電源，導(dǎo)致兩燈均不亮，電流表示數(shù)突然變大后損壞。若L1斷路，則L1不亮；因兩燈并聯(lián)，L2兩端電壓和通過L2的電流不變，故L2亮，電流表、電壓表的示數(shù)均不變。若L2斷路，則L2不亮，電流表無示數(shù)，電壓表示數(shù)不變。答案：C。

【溫馨提示】在并聯(lián)電路中：

（1）斷路的主要表現(xiàn)為：①干路斷路時所有用電器不工作、電流表無示數(shù)；②支路斷路：該支路上的用電器不工作（其他支路上的用電器不受影響）、電流表無示數(shù)，并聯(lián)在支路兩端的電壓表的示數(shù)不變，接在干路上的電流表示數(shù)變小。

（2）短路的主要表現(xiàn)為：用電器不工作、電表無示數(shù)、會燒毀電路元件。

2.假設(shè)法

對于無明確限定故障原因范圍的考題，可依據(jù)故障現(xiàn)象，運(yùn)用假設(shè)法，即逐一假定某個元件斷路或短路，看其引起的現(xiàn)象是否與故障現(xiàn)象一致，從而確定故障原因或故障所在。

例4.如所示的電路，閉合開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)燈L不亮，電壓表有示數(shù)。已知電路中各處均接觸良好，除燈L和電阻R外，其余元件均完好。

（1）請判斷該電路中存在的故障可能是或。

（2）為進(jìn)一步確定故障，小明將一個電流表正確串聯(lián)在所示的電路中，閉合開關(guān)S，觀察電流表的示數(shù)情況。若電流表有示數(shù)，說明故障是；若電流表無示數(shù)，說明故障是。

（3）為進(jìn)一步確定故障，小明將中的電壓表正確并聯(lián)接在燈L的兩端，請判斷她能否找出電路的故障，并說明理由。

解析：燈L和電阻R串聯(lián)，電壓表測電阻R兩端電壓；故障現(xiàn)象：燈L不亮，但電壓表有示數(shù)。

（1）燈L不亮，說明沒有電流流過燈L。由于“電路中各處均接觸良好，除燈L和電阻R外，其余元件均完好”，因而故障原因可能是燈L和電阻R這兩個元件出現(xiàn)了短路或斷路。若燈L短路，則燈L不亮，電壓表有示數(shù)；若燈L斷路，則燈L不亮，電壓表無示數(shù)；若電阻R短路，則燈L亮，電壓表無示數(shù)；若電阻R斷路，則燈L不亮，電壓表有示數(shù)。因此，該電路中存在的故障可能是燈L短路或電阻R斷路。

（2）若在電路中接入電流表，電流表有示數(shù)，說明電路是通路，則故障應(yīng)是燈L短路；若電流表無示數(shù)，說明電路是斷路，則故障應(yīng)是電阻R斷路。

（3）若將電壓表并聯(lián)接在燈L的兩端，則無論是燈L短路還是電阻R斷路，電壓表均無示數(shù)，故無法找出電路的故障。

例5.如所示的電路，電源電壓保持不變，閉合開關(guān)S，電路正常工作。

（1）緩慢移動滑片由a到b的過程中，電壓表示數(shù)（填“變大”“變小”或“不變”）。

（2）緩慢移動滑片由b到c的過程中，突然發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變小且不為零，電壓表的示數(shù)變大，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可能是。

解析：燈L與變阻器R串聯(lián)，電壓表測R兩端的電壓，電流表測電路中的電流；故障現(xiàn)象：電流表示數(shù)變小且不為零，電壓表的示數(shù)變大。

（1）滑片由a到b的過程中，變阻器R接入電路的阻值變小，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理可知，其兩端電壓變小，即電壓表示數(shù)變小。

（2）若燈L短路，滑片由b到c的過程中，變阻器R接入電路的阻值變小，電路中的電流I=UR變大，即電流表示數(shù)變大；若燈L斷路，電路中無電流，電流表、電壓表的示數(shù)均為零。可見，故障不會出在燈L上。

若R短路，則電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)；因電壓表有示數(shù)，說明從電壓表到電源是通路，但電流表無示數(shù)，所以故障原因可能是R出現(xiàn)斷路，這樣會使電壓表串聯(lián)入電路，則會使電流表示數(shù)變小且不為零，電壓表的示數(shù)變大（R斷路，可能是滑片與電阻絲之間接觸不良或滑片與電阻絲之間斷開）。

【溫馨提示】運(yùn)用假設(shè)法判斷電路故障，先分析產(chǎn)生故障原因有哪些可能性，然后逐一排除，縮小判斷范圍，直至找出發(fā)生故障的元件或故障點(diǎn)。

二、判斷故障現(xiàn)象

根據(jù)題給情景及條件，運(yùn)用推理法分析確定將會發(fā)生的故障現(xiàn)象。

例6.某同學(xué)在做電學(xué)實(shí)驗(yàn)時，不慎將電壓表和電流表的位置對換，連接成所示電路。若開關(guān)閉合，其后果是（）

A.電壓表不會燒壞，電流表可能燒壞

B.兩表不會被燒壞

C.電壓表不會被燒壞，但無示數(shù)

D.兩表會被燒壞

解析：電流表與燈泡并聯(lián)，因電流表的電阻很小，相當(dāng)于一根導(dǎo)線，將電源的正負(fù)極直接連接在一起，即電路形成電源短路，故電流表、電源可能會燒壞；而電壓表串聯(lián)在電路中，因電壓表的電阻很大，故電壓表不會燒壞。答案為A。

例7.用實(shí)驗(yàn)室提供的常用器材（電源是一節(jié)干電池）測電阻時，小明與另外三位同學(xué)各自設(shè)計了如所示的四個電路圖。

（1）小明通過實(shí)驗(yàn)測出了電阻R的阻值，他所用的電路圖是圖。

（2）另外三位同學(xué)連接好電路后，閉合開關(guān)S，移動變阻器的滑片P，此時電路中的電表將會出現(xiàn)什么異?，F(xiàn)象？

①按圖連接的電路，異常現(xiàn)象是：

；

②按圖連接的電路，異常現(xiàn)象是：

；

③按圖連接的電路，異?，F(xiàn)象是：

。

解析：（1）測量電阻的實(shí)驗(yàn)原理是：R=UI，用電流表測量通過電阻R的電流，用電壓表測量電阻R兩端的電壓，因此電流表與電阻R串聯(lián)，電壓表并聯(lián)接在電阻R兩端。比照四個電路圖可知，小明所用的電路圖是乙圖。

（2）①按甲圖連接的電路，電流表接在電源兩端，因電源被短路，故出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象是：電流表燒壞。

②按丙圖連接的電路，電壓表接在電流表兩端，因電流表相當(dāng)于一根導(dǎo)線，移動滑片P，出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象是：電流表示數(shù)有變化，電壓表示數(shù)幾乎為零。

③按丁圖連接的電路，電壓表串聯(lián)在電路中，因電壓表的電阻很大，移動滑片P，出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象是：電流表示數(shù)幾乎為零，電壓表示數(shù)基本不變。

【溫馨提示】電流表的電阻很小，在電路中可等效為一根導(dǎo)線，電流表必須與被測用電器串聯(lián)，否則用電器會被短路；電壓表的電阻很大，在電路中可等效為斷路，電壓表必須并聯(lián)在電路中，否則電路會成為斷路。

三、排除電路故障

先由電路故障或異?，F(xiàn)象分析故障原因，找出故障位置，然后采用相應(yīng)的措施排除故障。

例8.如所示的電路中，閉合開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電壓表、電流表均有示數(shù)，但小燈泡不亮，經(jīng)檢查電路連接無誤，各元件完好。為了使額定電流為0.24 A的小燈泡正常發(fā)光，下一步應(yīng)進(jìn)行的操作是：

。

解析：由電表均有示數(shù)、“電路連接無誤，各元件完好”可排除短路和斷路故障，小燈泡不亮的原因是變阻器接入電路中的阻值過大，導(dǎo)致電路中的電流過小，因此應(yīng)調(diào)節(jié)變阻器的滑片P，使其接入電路中的阻值變小，以增大電路中的電流。故下一步應(yīng)進(jìn)行的操作是：向左移動滑動變阻器，直至電流表示數(shù)為0.24 A。

【溫馨提示】電路元件使用不當(dāng)（包括元件規(guī)格選用不當(dāng)、接入錯誤、使用不當(dāng)?shù)龋?，也是造成電路（或用電器、電表等）不能正常工作、產(chǎn)生異?，F(xiàn)象的原因之一。

例9.如所示的電路，閉合開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)較大、電壓表示數(shù)為零，經(jīng)檢查，導(dǎo)線連接完好，為了排除故障，應(yīng)采取的措施是（）

A.改用電壓表的小量程

B.該用電流表的大量程

C.換用新的定值電阻R

D.換用新的滑動變阻器

解析：電流表有示數(shù)，說明整個電路是通路。若電壓表使用大量程，則電壓表指針偏轉(zhuǎn)較小，但不會為零；若電流表使用小量程，則電壓表的示數(shù)不會為零；若定值電阻R短路，則電流表有示數(shù)且示數(shù)較大，而電壓表示數(shù)為零；若定值電阻R斷路，則電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)；若變阻器斷路，則電流表、電壓表都無示數(shù)；若變阻器短路，則電路中電流將會很大，電流表、電壓表都有示數(shù)。因此，電路的故障為定值電阻R短路，需換用新的定值電阻R。答案：C。

【點(diǎn)撥】（1）電路故障的產(chǎn)生，一是電路元件本身有問題（短路或斷路）；二是元件使用不當(dāng)（選用規(guī)格不符合要求、連接方式或位置不正確、使用方法不妥等）；三是連接的導(dǎo)線有斷開、短路或接觸不良之處。

（2）分析判斷或排除電路故障的思路方法：①識別電路，明確電路元件的連接方式、電表測量的對象；②弄清故障現(xiàn)象；③運(yùn)用歐姆定律和相關(guān)的電學(xué)知識，根據(jù)故障現(xiàn)象分析電路故障的原因及其位置，從而確定是哪個用電器、電表或哪段電路出現(xiàn)了故障，是斷路還是短路，進(jìn)而采取相應(yīng)的更改措施，以使電路正常工作。