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，是電學基礎知識的綜合應用，又是電學知識學習中要解決的問題，這類問題歷來是考試的重點.教學過程中怎樣讓學生掌握電學的學習方法，培養學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中要解決的重要問題.以下談談筆者在教學中的一些做法.

一、設置障礙，提出問題

為了設置障礙，筆者在學生了解普通高中課程標準實驗教科書《物理》選修3-1，第二章第3節的“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗的基礎上，對分壓電路中（如圖1）的元件進行人為的設置:第一組把開關的底線斷接；第二組用導線把小燈泡的燈座短路；第三組把滑動變阻器的接線松脫.利用第二課堂的時間，把參加活動的多名學生分成三個小組，重做課本中的實驗，很快學生按實驗電路圖，根據了解的知識接好電路，閉合開關，三個小組都發現小燈泡不亮，都齊動手找原因.每個小組的學生七手八腳找了一段時間后，發現小燈泡還是不亮.筆者問學生在排除故障中有什么發現，第一組的學生回答:電路中沒有電壓，又沒有電流；第二組的學生回答:沒有電壓，但有電流；第三組學生回答:有電壓，但沒有電流.筆者指出三個小組出現的情況不同，但燈泡不亮，說明電路出現故障，但電路中的故障在哪里？怎樣判斷電路的故障？

二、猜想假設，激發興趣

電路中的故障在哪里？怎樣判斷電路的故障？學生七嘴八舌地議論開了.第一組的學生認為故障出現是因為電池沒電，卻遭到第二、三組的學生反駁，理由是電池更換后故障仍未得以排除.第二組的學生認為故障可能是小燈泡壞了，這一回答引起第一、三組學生的反對，理由是更換好的燈泡故障仍然沒有排除.第三組的學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，實踐應用

要想找出電路的故障,必須了解電路出現故障的原因、故障的特點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

①短路的特點：有電流通過電路而電壓為零.

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

3．故障的分析方法

①儀器檢測法

a.短路故障的判斷：用電壓表與電源并聯，若有電壓時，再逐段與電路并聯；若電壓表示數為零時，該電路被短路，若電壓表示數不為零，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，若有電壓時，再逐段與電路并聯，若電壓表指針偏轉，則該段電路中有斷點.

【例1】 某學生做研究串聯電路電壓特點的實驗時，接成如圖2所示的電路，接通S后，他將高內阻的電壓表并聯在A、C兩點間時，電壓表讀數為U；當并聯在A、B兩點間時，電壓表讀數也為U；當并聯在B、C兩點間時，電壓表讀數為零，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

應用故障的特點分析：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，也有可能出現兩者同時發生的情況.

答案：A

【例2】 在如圖3所示的電路中，當閉合開關S后，發現兩個小燈泡（均標有“3V，1W”）均不亮，用電壓表測得U_ac=U_bd=6V，如果電路中的各段導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．滑動變阻器R的接線斷了

D．開關S未接通好

答案：B

應用故障的特點分析：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出現斷路.

答案：B

②假設法

已知電路發生某種故障，尋求故障發生在何處時，可將整個電路劃分為若干部分，然后逐一假設某部分電路發生故障，運用電流規律進行正向推理，推理結果若與題述物理現象不符合，則故障不是發生在這部分電路，若推理結果與題述物理現象符合，則故障可能發生在這部分電路，直到找出可能發生的全部故障為止.

【例3】 如圖4所示的電路中，電源電動勢為6V，當開關S接通后，燈泡L₁和L₂都不亮，用電壓表測得各部分電壓是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；由U_ab=6V和U_cd=6V， 可知外電路中的a、 b之間有斷點和外電路中的c、d之間有斷點；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是導通的.本題應選C.

答案：C

分析電路故障還常用排除法，即在明確電路結構的基礎上，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，形成規律

梳理反思，就是通過對電路故障判斷、實例分析、舉例說明，讓學生對電學中判斷分析電路故障的一些方法進行歸納總結.在進行梳理的基礎上要學生進行自我思考，通過第二課堂的學習學到了什么，學會了什么，有什么收獲，有什么新的發現，還有什么疑惑？學生通過反思以及對知識的梳理，加深了對電學知識的理解，從而總結出判斷分析電路故障的一些規律或方法.而在這樣的學習活動中，不僅訓練學生的動手操作能力，而且培養學生獨立思考能力，培養發現問題、分析問題和解決問題的能力.

［責任編輯：黃春香］