例析“電路故障”

周全程

摘 要： 電路故障問題是初中電學(xué)中的重點，也是初中電學(xué)解題的難點。本文通過分析串、并聯(lián)電路典型故障的現(xiàn)象，再利用現(xiàn)象反過來分析故障位置，從而幫助學(xué)生突破難點。

關(guān)鍵詞： 電路故障 斷路 短路 故障分析

電路故障題在中考中是一種常見題型，對考生的要求較高，所以很多考生普遍認為該題型較難，甚至有的考生直接放棄，或者是亂猜。為了使學(xué)生能對電路故障有進一步理解，本文通過分析串、并聯(lián)電路典型故障的現(xiàn)象，再利用現(xiàn)象反過來分析故障位置，從而幫助學(xué)生突破難點。

電路故障可分為斷路和短路兩大類。當(dāng)電路沒有閉合開關(guān)，或者導(dǎo)線沒有連接好，或用電器燒壞或沒安裝好時，即整個電路在某處斷開，處在這種狀態(tài)的電路叫做斷路。電源兩極不經(jīng)過用電器用導(dǎo)線直接連接叫做短路。

一、串聯(lián)電路故障分析

如圖1是一串聯(lián)電路，下面分情況討論電路出故障時的現(xiàn)象。

圖1 圖2

1.若L 斷路，電路等效為圖2，由于電路斷路所以燈L 、L 都滅；電壓表示數(shù)接近電源電壓，其原因是電壓表的內(nèi)阻非常大，比燈泡的電阻大得多，而電流表的內(nèi)阻非常小，可以忽略不計，根據(jù)串聯(lián)分壓，所以電壓表兩端的電壓就非常大（接近電源電壓）；因為斷路所以電流表示數(shù)為0。

2.若L 斷路，電路等效為圖3，同樣因為電路斷路所以燈L 、L 都滅；電壓表示數(shù)為0；電流表示數(shù)為0。

圖3

3.若L 短路，電路等效為圖4，因為少了一個燈泡，電路的總電阻變小，電流變大，所以L 滅、L 變得更亮；因為電壓表被短路（也可以看成電壓表測量導(dǎo)線兩端的電壓），所以電壓表示數(shù)為0；電流變大，所以電流表示數(shù)變大。

圖4 圖5

4.若L 短路，電路等效為圖5，同樣因為少了一個燈泡，電路的總電阻變小，電流變大，所以L 滅、L 變得更亮；因為電壓表此時是測量電源電壓，所以示數(shù)為電源電壓；電流變大，所以電流表示數(shù)變大。

將上述討論的四種情況的故障現(xiàn)象整理如下表：

理解上表中的故障現(xiàn)象后，再利用這些現(xiàn)象反過來就可以分析故障的位置。下面我們分析兩道典型例題。

例題一：在如圖6所示的電路中，當(dāng)閉合開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)兩燈都不亮，電流表的指針幾乎指在零刻度線，電壓表指針則有明顯偏轉(zhuǎn)，該電路中的故障可能是（？搖？搖？搖？搖）

圖6

A.燈泡L 短路 B.燈泡L 斷路

C.燈泡L 斷路 D.兩個燈泡都斷路

故障分析思路：判斷連接方式（串聯(lián)）→確定故障類型（兩燈都不亮，電流表的指針幾乎指在零刻度線，說明是斷路）→觀察電表示數(shù)（電壓表指針則有明顯偏轉(zhuǎn)，說明L 是完好的）→找出故障位置（L 斷路），故答案是B。

例題二：在如圖7所示的電路中，當(dāng)閉合開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)只有一個燈亮，電流表有示數(shù)，電壓表的示數(shù)為0，該電路中的故障可能是（？搖？搖？搖？搖）

圖7

A.燈泡L 短路 B.燈泡L 斷路

C.燈泡L 斷路 D.兩個燈泡都斷路

故障分析思路：判斷連接方式（串聯(lián)）→確定故障類型（只有一個燈亮，電流表有示數(shù)，說明是短路）→觀察電表示數(shù)（電壓表的示數(shù)為0，說明電壓表被短路）→找出故障位置（L 短路），故答案是A。

二、并聯(lián)電路故障分析

如圖8是一并聯(lián)電路，下面分情況討論電路出故障時的現(xiàn)象。

1.若L 斷路，電路等效為圖9，因為L 斷路，所以L 滅，L 兩端的電壓仍為電源電壓，所以L 仍正常發(fā)光；電壓表測量的是電源電壓，所以電壓表的示數(shù)為電源電壓；因為L 斷路，總電阻變大，所以電流表示數(shù)變小。

2.若L 斷路，電路等效為圖10，仔細對比圖10與圖9，會發(fā)現(xiàn)這兩幅圖除燈泡不同，其余都是相同的，所以現(xiàn)象和圖9也是基本相同的，L 滅，L 仍正常發(fā)光；電壓表的示數(shù)為電源電壓；電流表示數(shù)變小。

圖9 圖10

3.若L 短路，電路等效為圖11，因為L 短路，導(dǎo)致電源被短路，所以L 、L 都滅；電壓表也被短路（也可以看成電壓表測量導(dǎo)線兩端的電壓），所以電壓表的示數(shù)為0；短路會導(dǎo)致電路中的電流變得非常大，所以會燒壞電流表和電源（禁止在并聯(lián)電路中出現(xiàn)短路）。

4.若L 短路，電路等效為圖12，仔細對比圖12與圖11，會發(fā)現(xiàn)這兩幅圖除燈泡不同，其余都是相同的，所以現(xiàn)象和圖11也是相同的，L 、L 都滅；電壓表的示數(shù)為0；會燒壞電流表和電源（禁止在并聯(lián)電路中出現(xiàn)短路）。

圖11 圖12

將上述討論的四種情況的故障現(xiàn)象整理如下表：

理解上表中的故障現(xiàn)象后，再利用這些現(xiàn)象反過來就可以分析故障的位置。下面我們分析一道典型例題。

例題三：如圖13所示的電路中，電源電壓不變，開關(guān)S閉合，燈L 和L 都正常發(fā)光，一段時間后，其中一盞燈突然熄滅，而電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)變小，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是（？搖？搖？搖？搖）

圖13

A.燈L 短路 B.燈L 短路

C.燈L 斷路 D.燈L 斷路

故障分析思路：判斷連接方式（并聯(lián)）→確定故障類型（其中一盞燈突然熄滅，說明電路斷路）→觀察電表示數(shù)（電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)變小）→找出故障位置（燈L 斷路），故選擇C。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，在理解了出現(xiàn)故障時的現(xiàn)象后，再反過來利用現(xiàn)象分析故障的位置，就簡單多了，從而幫助學(xué)生突破電路故障這個難點。