電路故障的識(shí)別與判斷

楊繼梅

[摘?? 要]初中物理電路故障主要包括斷路和短路兩種情況。根據(jù)電路中出現(xiàn)的現(xiàn)象準(zhǔn)確識(shí)別電路故障，并判斷電路中哪部分出現(xiàn)故障，是深刻理解電路規(guī)律的重要途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生分析與解決問題能力的有效方法。文章以串聯(lián)電路、并聯(lián)電路中出現(xiàn)的斷路與短路故障為例，談?wù)勲娐饭收系淖R(shí)別與判斷。

[關(guān)鍵詞]電路故障;斷路;短路

[中圖分類號(hào)]??? G633.7??????? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]??? A??????? [文章編號(hào)]??? 1674-6058（2021）02-0057-02

電路故障題是電學(xué)學(xué)習(xí)中的一種重要題型，主要包括斷路和短路兩種情況。怎樣根據(jù)電路中出現(xiàn)的現(xiàn)象準(zhǔn)確識(shí)別電路故障，并判斷出電路中哪部分出現(xiàn)故障是有效解答相關(guān)問題的前提。下面通過電路中用電器斷路和短路兩種情況進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

一、電路故障的分類

1.斷路現(xiàn)象

斷路，也稱之為開路，電路中出現(xiàn)斷路，主要表現(xiàn)在電路中沒有電流流過，用電器不工作，斷路具體表現(xiàn)在電路中某點(diǎn)出現(xiàn)斷開、導(dǎo)線松開等，如小燈泡的燈絲燒斷、連接小燈泡等用電器的導(dǎo)線松開、導(dǎo)線斷開以及電流表、電壓表等儀表內(nèi)部導(dǎo)線松動(dòng)等，這樣的電路會(huì)導(dǎo)致電路中無電流，用電器不能工作，此時(shí)電流表示數(shù)可能為零，電壓表可能有示數(shù)，也可能沒有示數(shù)。

2.短路現(xiàn)象

短路分為電源短路與用電器短路。電源短路，是指電流不經(jīng)過用電器而直接流回電源，導(dǎo)致電路中電流過大的現(xiàn)象。短路具體表現(xiàn)在電源或用電器等被電阻極小的導(dǎo)體，如導(dǎo)線、電流表等，因并聯(lián)而產(chǎn)生的電路故障，短路是極其不希望出現(xiàn)的故障之一。如果電源短路的話，所有用電器不工作，電源會(huì)被燒壞;如果是用電器短路的話，被短路的用電器不工作[1]，除被短路的用電器以外的用電器、電表是工作的，電源也是完好的。

二、電路故障的識(shí)別

這里以串聯(lián)電路和并聯(lián)電路為例，如表1所示是串聯(lián)電路和并聯(lián)電路出現(xiàn)斷路故障與短路故障時(shí)的現(xiàn)象，這里著重根據(jù)串并聯(lián)電路特點(diǎn)分析電路中出現(xiàn)的故障。

斷路故障表現(xiàn)：當(dāng)電路中出現(xiàn)斷路時(shí)，用電器無電流通過，用電器不能工作，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）燈泡不亮;（2）電流表無示數(shù);（3）電壓表示數(shù)為零（電壓表測(cè)量用電器之外斷路或?yàn)殡妷罕硭鶞y(cè)部分短路）;（4）電壓表有示數(shù)（或電壓表示數(shù)接近電源電壓）（表現(xiàn)為電壓表所測(cè)部分兩端點(diǎn)之間斷路，或電壓表與其他的用電器串聯(lián)在電路中）。

短路故障表現(xiàn)：當(dāng)電路中出現(xiàn)短路時(shí)，電流很大，具體表現(xiàn)有以下兩種情況，一是電源短路，表現(xiàn)為用電器不工作，電壓表、電流表都無示數(shù)，電源有可能被燒壞：二是部分短路（也叫局部短路），表現(xiàn)為（1）燈泡仍可能亮（沒有被短路）;（2）燈泡可能不亮（說明燈泡短路）;（3）電流表有示數(shù);（4）電壓表可能有示數(shù)（與電壓表并聯(lián)部分無短路）;（5）電壓表示數(shù)可能為零（與電壓表并聯(lián)部分短路）。

三、電路故障的判斷

1.利用導(dǎo)線（或電流表）與故障部分并聯(lián)

利用導(dǎo)線（或電流表）與故障部分并聯(lián)判斷法，此方法是將導(dǎo)線與電路中出現(xiàn)故障的部分并聯(lián)，如果原來故障部分重新工作，說明被導(dǎo)線并聯(lián)的部分出現(xiàn)斷路。由于導(dǎo)線與故障部分并聯(lián)，所以這種判斷故障的方法不適用于并聯(lián)電路，否則電路會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象。

2.利用電壓表與故障部分并聯(lián)

利用電壓表與故障部分并聯(lián)，相當(dāng)于測(cè)量故障部分電壓，如果出現(xiàn)電壓表有示數(shù)（或接近電源電壓），則說明與電壓表并聯(lián)的故障部分出現(xiàn)斷路;相反，如果電壓表沒有示數(shù)[2]，則說明被電壓表并聯(lián)的故障部分出現(xiàn)短路，或電壓表并聯(lián)電路以外的部分電路出現(xiàn)斷路。

3.利用小燈泡與故障部分并聯(lián)

利用小燈泡與故障部分并聯(lián)，如果小燈泡工作，說明與小燈泡并聯(lián)部分的故障是斷路;相反，如果小燈泡不工作，則說明與小燈泡并聯(lián)部分的故障電路是短路，或與小燈泡并聯(lián)部分以外的部分電路是斷路。

4.試電筆判斷故障

試電筆判斷故障一般適用于家庭電路，試電筆中氖管不發(fā)光，說明試電筆筆尖接觸的是零線，或接觸導(dǎo)線部分與火線斷開;相反，如果氖管發(fā)光，說明試電筆筆尖接觸的是火線。

四、電路故障的案例分析

1.斷路故障實(shí)例

[例1]如圖1所示，小燈泡L1、L2是完全相同的，開關(guān)S閉合后，只發(fā)現(xiàn)一個(gè)小燈泡發(fā)光，并且也只有一個(gè)電表有示數(shù)，由此可以判斷出 （）。

A. L1斷路B. L2斷路

C. L1短路D. L2短路

解析：分析電路圖可知，燈泡L1、L2并聯(lián)，電流表A測(cè)量L2的電流，電壓表V測(cè)量L2（或L1）兩端電壓（即電源電壓）。

并聯(lián)電路中，若L1短路，則L2也同時(shí)被短路，兩燈都不發(fā)光，本題中有一個(gè)小燈泡發(fā)光，因此，電路中不可能出現(xiàn)短路現(xiàn)象，即選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤;由于并聯(lián)電路互不影響，當(dāng)燈L1斷路時(shí)，對(duì)燈L2支路沒有任何影響，即電流表A和電壓表V的示數(shù)沒有影響，選項(xiàng)A錯(cuò)誤;當(dāng)燈L2斷路時(shí)，電流表A示數(shù)為零，電壓表V示數(shù)不變，燈L1依然發(fā)光，即選項(xiàng)B正確。

拓展：本題中如果連接好電路，閉合開關(guān)S后，出現(xiàn)一個(gè)小燈泡發(fā)光，電流表與電壓表都有示數(shù)，電路故障可能是_________。

在本電路中，閉合開關(guān)S后，出現(xiàn)一個(gè)小燈泡發(fā)光，電流表有示數(shù)，說明電流表測(cè)量的小燈泡L2所在支路完好，電壓表測(cè)量電源電壓，有示數(shù)，說明電路中干路是完好的，由此可以推出，小燈泡L1斷路。

2. 短路故障實(shí)例

[例2]如圖2所示，開關(guān)S閉合，甲、乙兩個(gè)小燈泡均發(fā)光，電流表與電壓表也均有示數(shù)，只是過了一會(huì)兒，其中一個(gè)小燈泡突然熄滅，另一個(gè)小燈泡依然發(fā)光，有一個(gè)電表示數(shù)增大，另一個(gè)電表示數(shù)幾乎減小到零，由此分析本電路的故障可能是（）。

A.甲燈斷路B.乙燈斷路

C.甲燈短路D.乙燈短路

解析：分析電路圖可知，甲、乙兩燈串聯(lián)，電流表測(cè)量電路中電流，電壓表測(cè)量乙燈兩端電壓。

根據(jù)題意，閉合開關(guān)，甲、乙兩燈均發(fā)光，兩電表均有示數(shù)，過一會(huì)兒，其中一個(gè)燈泡突然熄滅，此時(shí)電路不可能出現(xiàn)斷路故障，否則兩個(gè)燈泡會(huì)全部熄滅，故A、B錯(cuò)誤;電路只可能出現(xiàn)某個(gè)燈泡短路故障，如果甲燈短路的話，乙燈發(fā)光，電路中有電流，電流表有示數(shù)，電壓表測(cè)電源兩端電壓，電壓表有示數(shù)，即選項(xiàng)C錯(cuò)誤;如果乙燈短路的話，電壓表也同時(shí)被短路，電壓表示數(shù)為零，甲燈發(fā)光，電路中有電流，電流表有示數(shù)，即選項(xiàng)D正確。

拓展：本題中如果連接好電路，閉合開關(guān)S后，出現(xiàn)以下現(xiàn)象，請(qǐng)判斷電路中的故障原因：

（1）電流表、電壓表示數(shù)都為零。

在串聯(lián)電路中，電流表示數(shù)為零，說明電路中出現(xiàn)斷路，電壓表示數(shù)為零，說明電壓表測(cè)量的小燈泡乙短路，或者電壓表測(cè)量部分以外的小燈泡甲斷路，為此，綜合判斷可知：小燈泡甲出現(xiàn)斷路。

（2）電流表無示數(shù)、電壓表示數(shù)接近電源電壓。

在串聯(lián)電路中，電流表無示數(shù)，說明電路中出現(xiàn)斷路，電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表測(cè)量部分?jǐn)嗦?，即小燈泡乙斷路[3]，為此，綜合判斷可知：小燈泡乙出現(xiàn)斷路。

電路故障的識(shí)別與判斷的關(guān)鍵是理解串并聯(lián)電路特點(diǎn)，根據(jù)用電器工作情況、電表示數(shù)變化等因素對(duì)電路故障進(jìn)行判斷，進(jìn)而深化對(duì)電路規(guī)律的理解。

[參考文獻(xiàn)]

[1]? 魯斌.恒定電路中電壓變化量與電流變化量之比問題的一般解法[J].物理通報(bào)，2016（S1）：108-109.

[2]? 侯中柱.對(duì)“想當(dāng)然”命題的幾點(diǎn)實(shí)踐性思考[J].物理教師，2016（6）：36-39.

[3]? 趙彥宏.動(dòng)態(tài)電路中滑動(dòng)變阻器功率變化的討論 [J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2016（16）：65.

（責(zé)任編輯 易志毅）