江蘇省中考電路故障題分析及教學策略

黃 婧 袁海泉

(1. 江蘇省蘇州市葉圣陶中學校，江蘇 蘇州 215000；2. 蘇州大學物理科學與技術學院，江蘇 蘇州 215006)

江蘇省各市中考物理題中每年都有電路故障題，分值雖不大，但學生對于此類問題的解析存在一定困難。筆者對2019年江蘇省各市中考物理中電路故障題進行分析，并據此提出了相應的教學策略。

1 電路故障題分析

縱觀2019年江蘇省中考中出現的電路故障題，命題者往往將其置于幾個重要的電學實驗中進行考查，且多數情況下電路故障題是放在實驗題的第一或第二小問，與實驗聯系緊密，筆者將這些題目按照其電路背景進行了分類。

1.1 用伏安法測電阻

一些電路故障判斷題安排于用伏安法測量定值電阻阻值的實驗題中，因此，電路中既有電壓表，也有電流表。在判斷這類電路故障時，就要考慮所用電壓表和電流表是否連接正確，量程選擇是否正確，學生可根據電路發生故障時兩表的讀數情況對電路故障進行判斷。

例1(南京中考題)：圖1是用伏安法測R1阻值的實物電路，電源電壓恒為3V，滑動變阻器最大阻值為10Ω。改正電路后，閉合開關，發現無論怎樣移動滑動變阻器滑片，兩電表均無示數，其原因可能是( )。

圖1

A. 滑動變阻器斷路

B.R1斷路

C.R1短路

解析：若滑動變阻器斷路，則整個電路斷路，兩表都沒有示數，選項A符合題意；若R1斷路，電壓表串聯在電路中測電源電壓，應有示數，B選項不符合題意；若R1短路，電流表應有示數，C選項不符合題意。

1.2 用伏安法測小燈泡電功率

用伏安法測小燈泡電功率實驗，尤其是測小燈泡額定電功率的實驗，是初中電學的重難點。將電路故障題安排于此背景下，對學生綜合分析能力有很高的要求。學生對于該電路并不陌生，但在實際操作時，往往會出現連接錯誤或用電器接觸不良等電路故障。將電路故障判斷題放在這類題目中，有助于提升學生在真實情境中獨立排查故障的能力。在用伏安法測小燈泡電功率的電路中，學生除了通過觀察兩電表的讀數情況外，還可通過觀察小燈泡的亮暗程度來判斷電路故障。

例2(泰州中考題)：在“測量小燈泡的功率”實驗中，小燈泡的額定電壓為2.5V。按照圖2所示正確連好電路，閉合開關，小燈泡不亮，兩電表指針均有偏轉，造成該現象的原因不可能的是( )。

圖2

A. 小燈泡斷路

B. 小燈泡兩端電壓太小

C. 滑動變阻器阻值太大

D. 電源電壓太小

解析：若小燈泡斷路，則電流表示數為0，不符合題意，所以選項A錯誤。電流表有示數說明電路是通路，電壓表有示數說明小燈泡未短路，那小燈泡不發光的原因是實際電功率過小，B、C、D選項都是導致電功率過小的原因。

1.3 家庭電路

在實際生活中，學生遇到更多的是家庭電路故障，此類題目的出現有助于學生積累家用電器使用的生活經驗，如在出現“跳閘”情況時，判斷出是哪一臺用電器發生故障。另外，在家庭電路故障判斷題中，往往要用到測電筆，學生在解答此類問題時，需理解測電筆的工作原理。測電筆發光原理是什么？為什么會發光？學生若能掌握其中原理，會提升其綜合分析能力。在家庭電路題中也涵蓋了用電安全知識，學生在解題的過程中內化這些知識，能夠有效避免不安全事件的發生。

例3(宿遷中考模擬題)：如圖3所示為某家庭衛生間電路，電燈和電熱器都在正常工作，在三孔插座上剛插上洗衣機(開關未閉合)的插頭時，所有用電器都停止工作，拔出洗衣機的插頭后，用測電筆測試三孔插座的左右兩孔，氖管都發光，發現有一根熔絲熔斷了。下列分析不合理的是( )。

圖3

A. 一定是零線上的熔絲熔斷了

B. 斷開S1、S2，再用測電筆檢測三孔插座的左右兩孔，氖管都發光

C. 只斷開S1，再用測電筆檢測開關S1的兩個接線柱，氖管都發光

D. 只斷開S2，再用測電筆檢測開關S2的兩個接線柱，氖管都發光

解析：在插上洗衣機的插頭前，電燈和電熱器都正常工作。插上洗衣機(開關未閉合)的插頭，所有用電器都停止工作，說明電路中干路上有斷路，用測電筆測試插座的兩孔，氖管都發光，說明兩孔和火線是連通的，故只可能是零線斷了，A選項分析合理。若斷開S1、S2，再用測電筆檢測三孔插座的左右兩孔，只有右孔與火線相連，氖管發光，左孔與火線不相連，氖管不會發光，故B選項分析不合理。若只斷開S1，開關S2的上下接線柱都與火線相連，測電筆的氖管發光，故C選項分析合理。若只斷開S2，開關S1的上下接線柱都與火線相連，測電筆的氖管發光，故D選項分析合理。

2 電路故障題的教學策略

在對2019年中考題做分類研究之后，筆者認為：針對不同類型的題目在教學過程中可采取不同的教學策略，使學生在遇到同類型題目時，能用更有效的方法進行解答。

2.1 強化邏輯推理的電路教學

電路故障題分析中涉及邏輯推理，教師可在習題教學中，讓學生親歷過程，掌握解題的邏輯推理步驟，強化他們的邏輯推理能力。如例1電路為串聯電路，根據電流表無示數，可以推理得到故障可能是以下3種情況：(1) 電路中存在斷路；(2) 電流表損壞；(3) 電源短路。根據電壓表并聯在變阻器兩端時無示數，推理得出故障可能是：(1) 電流表損壞；(2) 電源短路；(3) 電路中存在斷路，且斷路位置不在滑動變阻器上。根據電壓表并聯在開關兩端時有示數，可排除電源短路和電流表損壞情況，判斷出原因是電路中存在斷路，且是開關處斷路。另外，教師在教學中也應對電源短路和電流表損壞情況作補充，增加這兩種原因引發故障的題目，幫助學生在遇到其他情境時能正確進行推理，不陷入僵化套路，并能夠考慮到各種可能性。教師在引領學生進行推理的過程中應細化故障原因，若確定了是a、b斷路，那到底是a斷路、b斷路，還是a、b間斷路，2019年江蘇省中考物理中就有兩道題考查故障原因的細化，故不可忽視細節。

2.2 在習題教學中實現情景再現

當教學中遇到通過加入電壓表、導線等元件來判斷故障的題目時，可將題目情景予以再現。

現場讓學生進行題目中所述的操作，這既能培養學生實驗操作能力，也能使學生更直觀看到相關的現象以及知道這些操作的作用。

例4(蘇州中考題)：小明要測量定值電阻Rx的阻值(約幾十歐)。現有器材：電源(6V)、滑動變阻器、電流表、電壓表、開關各一個，導線若干。

如圖4所示，當小明準備讀取電流表示數時，發現兩電表示數突然都變為0。他用一根導線檢查電路故障，當將該導線兩端分別接到a、d接線柱上時，發現電流表有示數，電壓表示數仍為0；當將該導線兩端分別接到c、f接線柱上時，發現電壓表有示數，電流表示數仍為0。則由此可以判斷故障是。

圖4

解析：當小明準備讀取電流表示數時，發現兩電表示數突然都變為0，說明電路斷路；他用一根導線檢查電路故障，若將該導線兩端分別接到a、d接線柱上，電流表有示數則說明斷路在a、d之間；若將該導線分別接到c、f接線柱上，發現電壓表有示數，說明電源、開關、待測電阻、滑動變阻器是連通的，電流表示數仍然為0，c、f之間存在斷路。a、d與c、f重合部位為c、d之間，所以判斷故障為c、d間斷路。

以例4為例，教師在教學中可進行情景再現，連接實物圖時用一根內部斷了但外觀完好的導線連接c、d兩接線柱，并閉合開關，觀察現象，然后讓學生上臺來將導線分別接到a、d接線柱上，觀察現象；將導線接在c、f接線柱上，觀察現象。學生會發現現象如題所述，最后教師將c、d間的導線取下，換到燈泡能發光的電路中，燈泡不再發光，表明該導線斷路，還可通過人為制造c、d接線柱接觸不良來設置故障。情景再現的方式還可讓學生通過自己的操作來排除錯誤猜想，如學生認為是滑動變阻器斷路造成的，就使之斷路，然后按照題目所述操作，觀察現象是否一致。

2.3 在實驗教學中設置故障

2019年蘇州中考實驗操作考查的是測量小燈泡電功率實驗，大部分學生在按照電路圖連接實物后，發現燈泡不發光。原因可能是連接錯誤，也可能是元件和導線之間接觸不良。此時學生往往很難快速找出故障，在平常的教學中可通過提供給學生壞的導線或用電器等來人為設置電路故障，讓學生自己探究，把故障找出來。還是以例4為例，用上述兩種方法分析完這題后，將故障修復，去設置其他地方的故障，讓學生通過導線或電壓表來進行實驗，排查故障。