“電壓分配率”在初中物理串聯電路故障分析中的應用

徐學林

摘 要：“初中物理串聯電路故障”是初中學生剛接觸電學在日常實驗中經常接觸到的問題，學生經常搞不清故障的原因，更談不上對故障的原因進行系統的分析，本文以2008年浙江臺州市的一道中考題為例，簡述如何教會學生應用串聯電路中的“電壓分配率”對各種常見的故障進行簡單有效地分析和查找，更好地使學生將理論學習與具體的實踐相結合。

關鍵詞：串聯電路；故障；電壓；解題

引言

原題再現

浙江省臺州市2008年中考的第13題

實驗課上，同學們把兩個相同規格的小燈泡連接在如圖1甲所示的電路中，閉合開關后，兩燈發光。此時，一同學不小心把L1的玻璃外殼打破了，結果L1熄滅，L2卻更亮了。這是為什么呢？他們提出猜想：

猜想一：可能L1處發生開路；猜想二：可能L1處發生短路。

（1）根據 （填“串聯”或“并聯”）電路的特點，可知猜想一是不正確的。

（2）針對猜想二，同學們找了一只電壓表，分別并聯在L1，L2兩端，如圖乙所示，假如猜想二成立，則兩次讀數有何特點？

（3）實驗發現兩次電壓表均有明顯讀數，且L1兩端電壓比L2兩端電壓小。說明猜想二也不正確.你認為L1熄滅、L2更亮的原因可能是 。

A.L1電阻變大 B.L1電阻變小

C.L2電阻變小 D.L1功率變大

1 說題目立意

這道中考題考查的主要知識點：串聯電路的電流、電壓特點，由歐姆定律導出的串聯電路的電壓分配率的特點，（U1：U2=R1：R2，即電流相同時，大電阻分到大電壓，小電阻分到小電壓），燈泡的亮暗取決于燈泡的實際功率。對應課標中的要求是：知道電壓、電流和電阻概念。通過實驗，探究電流與電壓、電阻的關系。理解歐姆定律。了解串、并聯電路電流和電壓的特點。會使用電流表和電壓表。知道用電器的實際功率和額定功率。本題屬于理解層次的考查要求與課標要求相一致。

題目分析

中考趨勢：本題是一道實驗綜合題，主要考查學生平常實驗操作過程遇到的電路故障現象的分析，更側重于電路的分析。電路的故障現象及分析既是平時學生學習的難點也一直是近幾年中考的熱點，也是學生丟分的重災區。

試題的優點：本題難度不大，卻包含串聯電路故障的典型特征，作為突破電路故障分析，這種題型的引入，由簡入難，符合學生的認知規律。

電路故障分析一般的解題過程：①引導學生通讀全題，明確已知條件與所問問題。②仔細閱讀電路圖，明確各個元件的連接關系。③整理解題思路，運用相關物理知識、規律來完成解答。

2 說分析審題

引導審題

（1）讀圖：發現當S閉合時，燈泡L1、燈L2組成串聯電路，閉合開關后，兩燈發光，說明電路的連接沒有問題，一同學不小心把L1的玻璃外殼打破了，結果L1熄滅，L2卻更亮了說明燈L2也沒問題，問題出在燈L1上。

（2）隱含條件：電路出現故障后，L2能亮說明燈L2沒什么問題。

3 說解題思路

一般解法：先“整體”后“個體”，“整體”：兩燈串聯，故障時一燈亮一燈不亮，說明整體的電路是完整的沒有發生“開路”。“個體”之一L2能亮說明燈L2沒什么問題，“個體”之二L1不能亮說明：

①燈L1有故障：要么開路；要么短路；

②燈L1有其他問題。

分析學生

學生在做題時的難點：

①基礎薄弱的學生分不清“開路”和“短路”，亂猜亂做；

②基礎一般的同學可以順利完成（1）、（2）小題；（3）小題思維斷路，無從下手；

③基礎扎實的優秀生可以根據串聯電路的提點，串聯電路電壓、電功率的知識得到第（3）小題的正確答案。

如何讓基礎薄弱和基礎一般的學生解答這一類的電路故障分析題呢？我是采取先讓學生理解和掌握串聯電路的電壓、電流、電阻關系的基礎上，根據歐姆定律、電功、電功率的公式推導出串聯電路的電流、電壓、電阻、電功、電功率的分配規律來分析此類的問題。

①首先根據串聯電路電流各處相等的特點（I1=I2），根據歐姆定律：R=■電功、電功率的公式W=UIt，P=UI，推理得到：串聯電路中：

U1：U2

W1：W2 =R1：R2

P1：P2

規律：（串聯電路中，除了各處的電流相等，其它（電壓、電功、電功率）均與電阻成正比），即“串聯電路的電壓分配率”。

②電路發生“短路處”其電阻接近于“0”可以看做“0”，電路發生“開路處”可以看做一個“超級大電阻”（超大）

這樣串聯電路的故障分析，可以利用“串聯電路的電壓分配率”來分析：看故障后各個用電器分到的電壓來分析：如果是發生“短路”，“短路”是個“0電阻”，只能分到“0電壓”；如果是發生“開路”，“開路”是個“超級大電阻”，分到“電路中的電源電壓”。

③如果單獨檢測兩個燈泡都沒問題，電路的連接也沒問題，但是兩燈串聯在電路中一燈亮，一燈不會亮，根據上述規律，只能是其中亮著的燈的電阻遠遠大于不亮的燈的電阻（即亮的燈因其電阻遠遠大于不亮的燈電阻，分到的電功率也遠遠大于另一盞燈）。

正確答案：（1）串聯；（2）L1兩端電壓為零，L2兩端電壓為電源電壓；（3）B

4 說拓展延伸

原題拓展：

（1）實驗課上，同學們把兩個相同規格的小燈泡連接在如圖2所示的電路中，閉合開關后，兩燈發光，過了一會兒，其中一盞燈熄滅，用電壓表測出L1兩端電壓為3V，L2兩端電壓為0則（ D ）

A. L1燈開路 B. L2燈開路

C. L1燈短路 D. L2燈短路

（2）實驗課上，同學們把兩個相同規格的小燈泡連接在如圖2所示的電路中，閉合開關后，兩燈發光，過了一會兒，其中一盞燈熄滅，用電壓表測出L1兩端電壓為0V，L2兩端電壓為3V則（ C ）

A. L1燈開路 B. L2燈開路

C. L1燈短路 D. L2燈短路

（3）實驗課上，同學們把兩個相同規格的小燈泡連接在如圖2所示的電路中，閉合開關后，兩燈都發光，過了一會兒，兩燈都熄滅，用電壓表測出L1兩端電壓為3V，L2兩端電壓為0則（ A ）

A. L1燈開路 B. L2燈開路

C. L1燈短路 D. L2燈短路

（4）實驗課上，同學們把兩個相同規格的小燈泡連接在如圖2所示的電路中，閉合開關后，兩燈都發光，過了一會兒，兩燈都熄滅，用電壓表測出L1兩端電壓為0V，L2兩端電壓為3V則（ B ）

A. L1燈開路 B. L2燈開路

C. L1燈短路 D. L2燈短路

5 總結串聯電路故障的解題思路

（1） 引導學生讀懂電路圖并通讀全題找出已知條件及隱含條件；

（2）分清故障引起的原因：①開路（兩燈都不亮）；②短路（一燈亮一燈不亮）③兩燈電阻相差太大（即亮燈的電阻遠遠大于不亮燈的電阻）

（3）根據串聯電路的特點和串聯電路電壓、電功、電功率的分配規律來分析和解決問題。

6 說反思感悟

電路故障分析對學生運用物理知識來分析電路的要求較高，從近幾年的中考來看一般都作為實驗綜合考查題，而學生的得分率也很低，所以要加強根據電路特點及其他物理量的分配關系的這種解法引導和強化訓練。

在電學新課的傳授過程中要注意電學基礎的夯實，特別是《了解電路》、《探究電路》這兩章電學的基礎。而串聯電路的特點及串聯電路各物理量的分配關系更是需要學生在掌握好串并聯電路的基礎上結合歐姆定律來進行推導，而電路故障的分析正是這些知識和規律的實戰演習，要引導學生在平常實驗操作中遇到電路故障時多多分析、多問幾個為什么，就可以順利地解答電路故障的分析題目。