我們可以從幾個方面來對短路問題進行探索與研究,從而對短路進行一定并且深入的理解,并總結自己的經驗,拓寬自己的思路,把物理中的電路問題成為自己的優勢學習部分,為以后物理電學打下堅固的基礎。
一、短路的現象分析
短路,分為電源短路還有用電器短路兩種。電源短路,指導線不經過用電器而直接接到了電源的兩極上。這樣會導致電路中電流過大,從而燒壞電源。因此這種情況是不允許發生的。而用電器短路指的是串聯的多個用電器中的一個或多個在電路中不起作用,這種情況是由于接線的原因或者電路發生故障引起的。這種情況一般不會造成很大的破壞。
二、多做實驗
學生在連接電流表的時候,教師講過“在任何情況下都不能把電流表直接連到電源的兩極”,這時候學生肯定會思考這個問題,電流表為什么不能直接連到電源的兩極?于是這個問題便引出了電路短路的問題:在電路中,如果電流不流經用電器,而是電源兩極直接相連,這時,我們就說電源短路了。根據歐姆定律可知,因為導線的電阻很小,電源短路時電路上的電流非常大,這樣大的電流,電池或者其他電源都不能承受,因此便會造成電源損壞;更嚴重的是,因為電流過大,會使得導線的溫度升高,嚴重時有可能造成火災。
在并聯電路中,電路發生短路時,由于導線的電阻很小,電流都直接經過導線流回到電源的負極,幾乎沒有電流經過用電器,用電器不工作,所以對電路中的用電器不會造成損壞,但會損壞電源。但是事實真是如此嗎?那么就需要我們用實驗來驗證了。學生可能在課本上學習了物理短路的問題,這是了解了這個概念而已,并沒有在自己的頭腦中形成自己的印象,因此,多做一些物理實驗便可以增加學生對物理短路知識的了解。在實驗中我們用常用的小燈泡等實驗器材,組成并聯電路來做短路的實驗。結果兩只小燈泡并聯時,電源短路,兩只小燈泡仍能發光,只是亮度較暗。其實在實際電路中,由于用電器的電阻比導線的電阻要大得多,在并聯電路中,各支路中的電流跟各支路中的電阻是成反比的,電路發生短路時,幾乎沒有電流經過用電器。而在這次試驗中,由于電燈泡的電阻約為幾歐姆到十幾歐姆,和做短路用的導線的電阻差距不是很大,所以仍有很小一部分電流流經小燈泡,小燈泡仍能發出較暗的燈光。
在串聯電路中,整個電路全部被短路,也就是電流不流經用電器,而是電源兩極直接相連,用電器不工作,也不會損壞,但會損壞電源;如果某一用電器被短路,另一用電器沒有短路,也就是我們通常說的局部短路,被短路的用電器沒有電流通過,該用電器停止工作,不會被損壞,另一用電器電壓升高,在實際電壓不是超過其額定電壓很多的情況下,他能繼續工作,但功率變大,若電壓過大,該用電器有可能會被燒毀。同樣的,我們也可以用實驗來對前面的結論進行證實。實驗表明,被短路的小燈泡,因為前面所講的電阻的原因,并沒有熄滅,而是亮度較暗,另一只沒有被短路的小燈泡仍能繼續發光,并且比原來更亮了。
利用串聯電路某一用電器或電阻發生局部短路,另一用電器在不超過其額定電壓的情況下,仍能繼續工作,并且實際功率比原來要大。在實際生活中,電熱毯的保溫和加熱,就是把內部的加熱器和另一電阻串聯,通過定值電阻局部短路,達到調節電飯煲,電熱毯功率的目的,使他們同時具有保溫和加熱等多種功能,讓其更好的為我們日常生活服務。
三、總結短路癥狀
在電路中我們可以通過發現電路中的癥狀來判斷電路是否短路。具體的癥狀為:
1.用電器不工作。診斷:若題干中電路是串聯電路,并且其他的用電器仍在工作,說明該用電器被短路。
2.電流表示數正常而電壓表無示數。診斷:電流表示數正常表明電路為通路,電壓表無示數表明無電流通過電壓表,究其原因有可能就是與電壓表并聯的用電器被短路。
3.電壓表有示數而電流表無示數。診斷:電壓表有示數表明電路中有電流通過,電流表無示數說明沒有或者幾乎沒有電流流過電流表,則故障原因有可能是電流表被短路。
4.電流表電壓表均無示數。診斷:電流表和電壓表都沒有示數表明無電流通過兩表,說明兩表同時被短路。
四、典型習題,加強鞏固
下面用一個例題來感受一下短路:
例:現在的小轎車都裝有指示燈,以此來提醒司機或者乘客車門是否關好。在四個車門中,只要有一個沒有關好(再此題中就相當于有一個開關斷開),指示燈就會亮。在下列設計的模擬電路圖中,最符合要求的是( )
答案:C
解析:在該題中,只要有一個開關沒有閉合,則指示燈就會亮。只有當四個開關全都閉合之后,指示燈才不亮,可推斷出四個開關是串聯關系,開關與指示燈并聯。A圖中表示的是任何一個車門關好指示燈就會亮,舍去;B圖是所有的車門都關好指示燈才會亮,舍去;D圖中,當四個開關都閉合之后,不僅指示燈被短路,同時電源也被短路,不符合要求,舍去;只有C圖中所有開關閉合,指示燈會熄滅,因為指示燈L被短路。在此圖中還加了一個保護電阻,所以開關無論是閉合還是斷開,電源都不會被短路,電路能正常工作,故選C。
從題中我們可以得知,在部分電路短路中被短路的用電器不能工作,在不在該支路上的用電器可以正常工作。
因為初中關于物理短路的知識內涵豐富,所出的題型各有千秋,因此,我們只有在經過不斷地學習和總結,具有一定的能力與知識儲備之后,對短路的認識便會更深入。短路知識是初中電學部分的難點之一,所以,我們應該學習上有自己的學習方法,將課本中的知識變為自己的理解,這樣這種東西才有可能被我們真正所吸收,并生發出自己的見解。此外,還應該多做一些典型的題目,通過對典型電路的分析還有理解,便能很快了解短路的本質,對電路結構的辨別能力具有實質性的提高,從而達到舉一反三,融會貫通的目的。