關(guān)于電路故障問題的探究分析與思考

陳李清

【摘要】電路故障分析是初中物理的重難點，涉及電學(xué)的相關(guān)知識，綜合性強(qiáng).本文探究電路故障問題的分析思路及技巧，形成解題策略，再結(jié)合實例分類探究，與讀者交流.

【關(guān)鍵詞】初中物理；電路故障；斷路；短路

電路故障問題在中考中十分常見，問題解析需要綜合運用電路知識，采用一定的分析技巧.常見的電路故障有兩種：短路和斷路.探究學(xué)習(xí)時需要明晰兩者的概念以及電器不能正常工作的原理.解析探究要歸納常見的故障類型，總結(jié)解析思路，形成相應(yīng)的處理策略.

1故障分析思路

解析電路故障問題，需要采用分步探究的策略，然后逐步解析問題，判定現(xiàn)象，推導(dǎo)結(jié)論.

第一步，判定整個電路的連接方式，即串聯(lián)或并聯(lián)，對于復(fù)合型電路，采用整體與局部相結(jié)合的方式，分析器件之間的連接方式；

第二步，根據(jù)故障現(xiàn)象逐一對照，推導(dǎo)結(jié)論，該步需要結(jié)合知識經(jīng)驗，根據(jù)電表的示數(shù)，元器件的連接方式來做出判斷.

2故障分析技巧

故障分析時，可關(guān)注電表的示數(shù)，根據(jù)電表的示數(shù)變化來判斷電路的故障.具體分析時可先判斷電流表，再判斷電壓表.

以圖1所示為例，判斷分析技巧如下：

情形1：電流表有示數(shù)→電路短路→若電壓表示數(shù)為電源電壓，則L2短路；若電壓表無示數(shù)，則L1短路；

情形2：電流表無示數(shù)→電路斷路→若電壓表示數(shù)為電源電壓，則L1斷路；若電壓表無示數(shù)，則L2斷路.

3實例探究

電路故障問題類型眾多，電路中涉及眾多的元器件，探究分析時要把握電路的連接方式，再結(jié)合電路故障分析方式來加以判斷.下面基于電路連接方式，進(jìn)行分類探究.

類型一串聯(lián)電路故障——兩表示數(shù)判斷

對于串聯(lián)電路的故障，可根據(jù)電流、電壓表的示數(shù)來判斷故障的類型和位置.具體分析時充分利用串聯(lián)電路故障中的短路和斷路的判斷標(biāo)準(zhǔn)，即短路時電路中有電流，斷路時電路中無電流.其中電壓表所測的用電器斷路，電壓表和電路為串聯(lián).電壓表示數(shù)等于電源的電壓，具體做法如下：

（1）先看電流表，若電流表無示數(shù)，則說明該段斷路；

（2）哪“斷”就看哪段的電壓表，若電壓表有示數(shù)，電壓表左右兩邊與電源均相通，則可知電壓表兩接點中間斷開（電壓表所測電路斷路）；

（3）若電流表有示數(shù)，則電路短路，哪“短”就看哪段的電壓表，電壓表無示數(shù)，則中間短路，即電壓表所測的器件短路.

例1小明同學(xué)在“探究串聯(lián)電路電壓規(guī)律”的實驗中，按如圖2所示的電路圖來連接實物.閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)燈L1和L2均不亮，排除接觸不良的因素后，小明用電壓表逐一與元器件并聯(lián)，以便查找電路中的故障.測量結(jié)果如下：Uab=0；Ubc=0；Ucd=6V；Uad=6V；如果電路只有一處故障，則故障可能為（）

（A）L1斷路.（B）L1短路.

（C）L2斷路.（D）L2短路.

解析本題目判斷串聯(lián)電路中的故障，屬于情形問題，要根據(jù)電壓表與元器件并聯(lián)結(jié)果來作出判斷，下面結(jié)合串聯(lián)電路故障的分析技巧，逐步分析.

第一步，題干表面L1和L2均不亮，由于僅有一處故障，故不是L1或L2短路；

第二步，Uab=0，電壓表外部存在斷路，則表明此時電壓表的正接線柱與電源的正極連通，負(fù)接線柱與電源的負(fù)極不連通；

第三步，Ubc=0，電壓表外部存在斷路，則表明此時電壓表的正接線柱與電源的正極連通，負(fù)接線柱與電源的負(fù)極不連通；

第四步，Ucd=6V，電壓表外部連通，則表明此時電壓表的正接線柱與電源的正接線柱連通，負(fù)接線柱與電源的負(fù)接線柱連通；

綜上可推知，電壓表所并聯(lián)的燈泡L2斷路，可知答案為（C）.

評析上述問題分析串聯(lián)電路的故障，采用了“先排除，再并聯(lián)電壓表”的分析方法，根據(jù)電壓表的示數(shù)來判斷是否有故障.常用規(guī)律為：若電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源能相通；若無示數(shù)，說明電壓表與電源不能相通.

類型二串聯(lián)電路故障——導(dǎo)線法判斷

串聯(lián)電路故障問題中，常需要判斷電路斷路的位置，此時可以采用導(dǎo)線法，即將導(dǎo)線與每個用電器并聯(lián)，若點燈亮，則電路通，說明導(dǎo)線所并聯(lián)的位置的用電器是斷開的.

例2在探究串聯(lián)電路電壓特點的實驗中，小紅按圖3正確連接好電路，閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)兩電壓表指針偏轉(zhuǎn)角度相同.為尋找電路故障，小紅用一根檢測導(dǎo)線分別并聯(lián)在燈L1或L2的兩端，發(fā)現(xiàn)兩電壓表指針?biāo)肝恢脹]有任何變化.由此可以推斷（）.

（A）L1一定短路.

（B）L2 一定斷路.

（C）L1短路，同時L2斷路.

（D）檢測導(dǎo)線一定斷路.

解析本題目設(shè)置情景問題，實驗中連接電路后出現(xiàn)故障，需要根據(jù)電壓表的指針偏轉(zhuǎn)，以及小紅的操作及現(xiàn)象來作出判斷.其中的操作為導(dǎo)線法判斷串聯(lián)電路的故障，可根據(jù)對應(yīng)知識來分析判斷.

由題意可知，閉合電路開關(guān)后發(fā)現(xiàn)兩個電壓表的指針偏轉(zhuǎn)的方向相同，則表明兩電壓表測的均為電源的電壓，則可推知故障可能為L1短路或L2斷路，下面具體分析選項.

（A）和（B）選項，故障可能為L1短路或L2斷路，故（A）和（B）錯誤；

（C）選項，若L1短路，同時L2斷路時，當(dāng)將檢測的導(dǎo)線并聯(lián)在L2的兩端情形下，L1被短路，電源也被短路，電壓表示數(shù)則會發(fā)生變化，故（C）錯誤；

（D）選項，當(dāng)檢測所用導(dǎo)線斷路時，則相當(dāng)于沒有作任何操作，所以兩電壓表的示數(shù)均不變，故（D）正確；

綜上可知，答案為（D）.

評析上述為電路故障情景問題，電路連接后出現(xiàn)故障，連接導(dǎo)線來排查故障，理解故障排查的導(dǎo)線法是解題的關(guān)鍵.導(dǎo)線判斷法需要把握兩點：一是與用電器并聯(lián)；二是故障判斷類型，即電路斷路的判斷.解題時首先判斷電路連接方式，再采用導(dǎo)線法來分析，根據(jù)現(xiàn)象作出判斷.

類型三并聯(lián)電路故障——兩表示數(shù)判斷

并聯(lián)電路中常見的故障為開路，支路斷開，此情景下該支路無電流，旁支路的電流和電壓均不變，此時干路的電流就會變小.具體分析時可以根據(jù)電流表和電壓表的示數(shù)變化來判斷故障位置.

例3在圖4所示的電路中，電源電壓為U0且保持不變，電阻R1、R2的阻值均為R0.

（1）閉合開關(guān)S后，電流表的示數(shù)將，電壓表示數(shù)將（均選填“變小”“不變”或“變大”）；

（2）一段時間后，發(fā)現(xiàn)電路中有一個電表的示數(shù)變小，已知電路中存在一處斷路故障，且只發(fā)生在電阻R1、R2上.現(xiàn)通過斷開開關(guān)S來判斷故障.請根據(jù)相關(guān)信息寫出開關(guān)S斷開后兩電表的示數(shù)及相應(yīng)的故障.

解析本題目為電路綜合探究，第（1）問分析電路連接后的電表示數(shù)，第（2）問則需要判斷電路中的故障，可結(jié)合并聯(lián)電路中的電表示數(shù)來判斷.具體解析要分兩步進(jìn)行：第一步，理清器件的連接關(guān)系，包括支路和干路；第二步，判斷電表的測量器件.

上述電路中，R1和R2為并聯(lián)關(guān)系，電流表測量干路電流，電壓表測量電源和各支路電壓.

（1）開關(guān)閉合前，只有R1接入電路，開關(guān)閉合后，電路為R1、R2并聯(lián)，電流表測量干路電流，故電流表示數(shù)變大.

（2）電壓表始終測量電源的電壓，故示數(shù)不變.

（3）當(dāng)R1、R2其中一個電阻斷路時，電壓表仍測量電源電壓，故電壓表的示數(shù)不變，那么示數(shù)減小的只能是電流表，此時斷開開關(guān)S；若電流表示數(shù)為U0R0不變，則證明R1斷路；斷開開關(guān)S，若電流表示數(shù)為0，則證明斷路的是R2.

評析上述探究并聯(lián)電路中的故障時，采用了分析電表變化的方法，通過分析支路和干路中電表的示數(shù)變化來判斷測量對象的電流和電壓情況，進(jìn)而作出判斷.具體分析時可采用上述總結(jié)的分步解析思路：解析電路連接，判斷電表測量對象，再作出判斷.

4探究思考

上述探究了電路故障的解析思路和判斷方法，并結(jié)合實例分類型進(jìn)行解析.而在教學(xué)探究中，需要注意總結(jié)電路故障的解析策略，下面提出三點建議.

建議一：歸納常見故障，理清故障現(xiàn)象.教學(xué)中要注意引導(dǎo)學(xué)生對電路中的常見故障進(jìn)行梳理，同時明晰故障的現(xiàn)象，包括短路、斷路、開路.

建議二：總結(jié)判斷方法，形成解析策略.故障問題解析時需要采用合理的方法策略，教學(xué)探究中教師要注意總結(jié)故障分析的方法思路，注意兩點：一是梳理常見電路的連接方式；二是總結(jié)常用的故障分析方法，即電表分析法和導(dǎo)線連接法.

建議三：實例詳細(xì)分析，積累解題經(jīng)驗.教學(xué)探究中，要注意結(jié)合實例引導(dǎo)學(xué)生具體分析，讓學(xué)生體驗解題過程，積累解題經(jīng)驗.引導(dǎo)時注意分步探討，梳理注意事項，并開展解后評析.

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