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        電路故障分析方法

        2017-01-05 12:35:51梅建功
        試題與研究·中考物理 2016年3期
        關鍵詞:用電器斷路變阻器

        梅建功

        用電器不工作或不能正常工作、電表示數異常等,統(tǒng)稱為電路故障;電路故障可分為斷(開)路、短路及電路元件使用不當三大類。判斷電路故障,要明確故障現(xiàn)象(用電器工作狀況或電表示數異常等),弄清故障原因,確認故障性質(斷路或短路等),找出故障位置(故障發(fā)生在哪個元件或電路的哪一點上)。分析判斷電路故障,涉及電路識別、電表使用、串并聯(lián)電路的規(guī)律、歐姆定律等知識的綜合應用,考查靈活運用所學知識分析和判斷的能力,是中考的??键c,也是入手不易、得分率較低的難題,其考題類型及其解題思路方法如下:

        一、判定故障原因

        由故障現(xiàn)象分析判定故障原因或故障位置,常用方法有兩種:

        1.驗證法

        對于給定故障原因選擇范圍的考題,可依據故障現(xiàn)象,運用驗證方法進行比對分析,即逐一利用所給的故障原因去驗證故障現(xiàn)象,從而確定故障原因或故障所在。

        例1.所示的電路中,電源電壓恒定,閉合開關S后,電路正常工作。過了一會兒,兩電表的示數突然都變?yōu)榱悖瑒t該電路中出現(xiàn)的故障可能是()

        A.電阻R短路B.電阻R斷路

        C.燈L短路D.燈L斷路

        解析:燈L與電阻R串聯(lián),電壓表測量電阻R兩端的電壓,電流表測量電路中的電流。故障現(xiàn)象:兩電表示數為零。

        若電阻R短路,則電壓表無示數,而電流表有示數;若電阻R斷路,則電路中沒有電流,即電流表無示數,而此時電壓表的兩接線柱經燈L、開關與電源兩極相連,電壓表有示數且接近電源電壓;若燈L短路,電路為通路,電路中有電流,則電流表和電壓表均有示數;若燈L斷路,電路中無電流,即電流表無示數,此時電壓表的兩接線柱不能與電源兩極接通,故電壓表無示數。答案:D。

        【溫馨提示】電表示數異常現(xiàn)象及其故障原因一般為:

        ①指針左右擺動——接觸不良。

        ②指針反偏——正、負接線柱接反。

        ③指針偏轉角度過大——電表量程選小了。

        ④指針偏轉過小——電表量程選大了。

        ⑤電流表的示數突然變大——短路;示數突然為零——斷路。

        ⑥電壓表的示數等于電源電壓——電壓表串聯(lián)在電路中、與電壓表并聯(lián)的元件斷路、與電壓表并聯(lián)以外的電路有短路;示數為零——與電壓表并聯(lián)的元件短路、與電壓表并聯(lián)以外的電路斷路。

        例2.如所示的電路,閉合開關,觀察發(fā)現(xiàn)燈泡L1亮、L2不亮。調節(jié)滑動變阻器滑片P,燈泡L1的亮度發(fā)生變化,但燈泡L2始終不亮。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的可能原因是()

        A.燈泡L2燈絲斷了

        B.燈泡L2短路

        C.滑動變阻器短路

        D.滑動變阻器接觸不良

        解析:兩燈與變阻器串聯(lián),電壓表測L1兩端電壓;故障現(xiàn)象:燈泡L2始終不亮。

        若L2燈絲斷了,電路斷路,L1不會亮;若L2短路,L2不會亮,L1仍能發(fā)光,移動滑片,變阻器連入電路的阻值變化,電路的總電阻R=R變變化,電路中的電流I=UR和L1兩端的電壓UL1=IRL1隨之變化,則L1的亮度發(fā)生變化;若變阻器短路,兩燈會同時發(fā)光,且調節(jié)滑片不會引起L1亮度變化;若變阻器接觸不良,電路斷路,兩燈都不亮。答案:B。

        【溫馨提示】斷路是指斷開的電路;短路是指電流不經用電器直接形成通路,短路分為電源短路和局部短路兩種。在串聯(lián)電路中:

        (1)斷路的主要表現(xiàn)為:①所有用電器不工作;②電流表無示數;③電壓表接在斷點兩端時有示數且接近電源電壓,接在其他用電器兩端時無示數。

        (2)短路的主要表現(xiàn)為:①短路的用電器不工作,其他用電器仍工作;②電流表有示數且較原來變大;③電壓表接在短路兩端時無示數,接在其他用電器兩端時有示數且較原來變大;④電源被短路時,容易燒壞電源。

        例3.在如所示的電路中,電源電壓不變。閉合開關S后,燈L1、L2都發(fā)光;一段時間后,其中一燈突然熄滅,而電流表、電壓表的示數都不變,則產生這一現(xiàn)象的原因可能是()

        A.燈L1短路

        B.燈L2短路

        C.燈L1斷路

        D.燈L2斷路

        解析:兩燈并聯(lián),電流表測通過L2的電流,電壓表測L2兩端電壓(或并聯(lián)電路兩端的電壓、電源電壓);故障現(xiàn)象:其中一燈泡熄滅,電流表、電壓表的示數都不變。

        若L1或L2短路,會造成整個電路的短路,則會燒毀電源,導致兩燈均不亮,電流表示數突然變大后損壞。若L1斷路,則L1不亮;因兩燈并聯(lián),L2兩端電壓和通過L2的電流不變,故L2亮,電流表、電壓表的示數均不變。若L2斷路,則L2不亮,電流表無示數,電壓表示數不變。答案:C。

        【溫馨提示】在并聯(lián)電路中:

        (1)斷路的主要表現(xiàn)為:①干路斷路時所有用電器不工作、電流表無示數;②支路斷路:該支路上的用電器不工作(其他支路上的用電器不受影響)、電流表無示數,并聯(lián)在支路兩端的電壓表的示數不變,接在干路上的電流表示數變小。

        (2)短路的主要表現(xiàn)為:用電器不工作、電表無示數、會燒毀電路元件。

        2.假設法

        對于無明確限定故障原因范圍的考題,可依據故障現(xiàn)象,運用假設法,即逐一假定某個元件斷路或短路,看其引起的現(xiàn)象是否與故障現(xiàn)象一致,從而確定故障原因或故障所在。

        例4.如所示的電路,閉合開關S后,發(fā)現(xiàn)燈L不亮,電壓表有示數。已知電路中各處均接觸良好,除燈L和電阻R外,其余元件均完好。

        (1)請判斷該電路中存在的故障可能是或。

        (2)為進一步確定故障,小明將一個電流表正確串聯(lián)在所示的電路中,閉合開關S,觀察電流表的示數情況。若電流表有示數,說明故障是;若電流表無示數,說明故障是。

        (3)為進一步確定故障,小明將中的電壓表正確并聯(lián)接在燈L的兩端,請判斷她能否找出電路的故障,并說明理由。

        解析:燈L和電阻R串聯(lián),電壓表測電阻R兩端電壓;故障現(xiàn)象:燈L不亮,但電壓表有示數。

        (1)燈L不亮,說明沒有電流流過燈L。由于“電路中各處均接觸良好,除燈L和電阻R外,其余元件均完好”,因而故障原因可能是燈L和電阻R這兩個元件出現(xiàn)了短路或斷路。若燈L短路,則燈L不亮,電壓表有示數;若燈L斷路,則燈L不亮,電壓表無示數;若電阻R短路,則燈L亮,電壓表無示數;若電阻R斷路,則燈L不亮,電壓表有示數。因此,該電路中存在的故障可能是燈L短路或電阻R斷路。

        (2)若在電路中接入電流表,電流表有示數,說明電路是通路,則故障應是燈L短路;若電流表無示數,說明電路是斷路,則故障應是電阻R斷路。

        (3)若將電壓表并聯(lián)接在燈L的兩端,則無論是燈L短路還是電阻R斷路,電壓表均無示數,故無法找出電路的故障。

        例5.如所示的電路,電源電壓保持不變,閉合開關S,電路正常工作。

        (1)緩慢移動滑片由a到b的過程中,電壓表示數(填“變大”“變小”或“不變”)。

        (2)緩慢移動滑片由b到c的過程中,突然發(fā)現(xiàn)電流表示數變小且不為零,電壓表的示數變大,產生該現(xiàn)象的原因可能是。

        解析:燈L與變阻器R串聯(lián),電壓表測R兩端的電壓,電流表測電路中的電流;故障現(xiàn)象:電流表示數變小且不為零,電壓表的示數變大。

        (1)滑片由a到b的過程中,變阻器R接入電路的阻值變小,根據串聯(lián)電路的分壓原理可知,其兩端電壓變小,即電壓表示數變小。

        (2)若燈L短路,滑片由b到c的過程中,變阻器R接入電路的阻值變小,電路中的電流I=UR變大,即電流表示數變大;若燈L斷路,電路中無電流,電流表、電壓表的示數均為零??梢?,故障不會出在燈L上。

        若R短路,則電壓表無示數,電流表有示數;因電壓表有示數,說明從電壓表到電源是通路,但電流表無示數,所以故障原因可能是R出現(xiàn)斷路,這樣會使電壓表串聯(lián)入電路,則會使電流表示數變小且不為零,電壓表的示數變大(R斷路,可能是滑片與電阻絲之間接觸不良或滑片與電阻絲之間斷開)。

        【溫馨提示】運用假設法判斷電路故障,先分析產生故障原因有哪些可能性,然后逐一排除,縮小判斷范圍,直至找出發(fā)生故障的元件或故障點。

        二、判斷故障現(xiàn)象

        根據題給情景及條件,運用推理法分析確定將會發(fā)生的故障現(xiàn)象。

        例6.某同學在做電學實驗時,不慎將電壓表和電流表的位置對換,連接成所示電路。若開關閉合,其后果是()

        A.電壓表不會燒壞,電流表可能燒壞

        B.兩表不會被燒壞

        C.電壓表不會被燒壞,但無示數

        D.兩表會被燒壞

        解析:電流表與燈泡并聯(lián),因電流表的電阻很小,相當于一根導線,將電源的正負極直接連接在一起,即電路形成電源短路,故電流表、電源可能會燒壞;而電壓表串聯(lián)在電路中,因電壓表的電阻很大,故電壓表不會燒壞。答案為A。

        例7.用實驗室提供的常用器材(電源是一節(jié)干電池)測電阻時,小明與另外三位同學各自設計了如所示的四個電路圖。

        (1)小明通過實驗測出了電阻R的阻值,他所用的電路圖是圖。

        (2)另外三位同學連接好電路后,閉合開關S,移動變阻器的滑片P,此時電路中的電表將會出現(xiàn)什么異?,F(xiàn)象?

        ①按圖連接的電路,異?,F(xiàn)象是:

        ②按圖連接的電路,異常現(xiàn)象是:

        ;

        ③按圖連接的電路,異?,F(xiàn)象是:

        。

        解析:(1)測量電阻的實驗原理是:R=UI,用電流表測量通過電阻R的電流,用電壓表測量電阻R兩端的電壓,因此電流表與電阻R串聯(lián),電壓表并聯(lián)接在電阻R兩端。比照四個電路圖可知,小明所用的電路圖是乙圖。

        (2)①按甲圖連接的電路,電流表接在電源兩端,因電源被短路,故出現(xiàn)的異?,F(xiàn)象是:電流表燒壞。

        ②按丙圖連接的電路,電壓表接在電流表兩端,因電流表相當于一根導線,移動滑片P,出現(xiàn)的異常現(xiàn)象是:電流表示數有變化,電壓表示數幾乎為零。

        ③按丁圖連接的電路,電壓表串聯(lián)在電路中,因電壓表的電阻很大,移動滑片P,出現(xiàn)的異常現(xiàn)象是:電流表示數幾乎為零,電壓表示數基本不變。

        【溫馨提示】電流表的電阻很小,在電路中可等效為一根導線,電流表必須與被測用電器串聯(lián),否則用電器會被短路;電壓表的電阻很大,在電路中可等效為斷路,電壓表必須并聯(lián)在電路中,否則電路會成為斷路。

        三、排除電路故障

        先由電路故障或異?,F(xiàn)象分析故障原因,找出故障位置,然后采用相應的措施排除故障。

        例8.如所示的電路中,閉合開關S,發(fā)現(xiàn)電壓表、電流表均有示數,但小燈泡不亮,經檢查電路連接無誤,各元件完好。為了使額定電流為0.24 A的小燈泡正常發(fā)光,下一步應進行的操作是:

        解析:由電表均有示數、“電路連接無誤,各元件完好”可排除短路和斷路故障,小燈泡不亮的原因是變阻器接入電路中的阻值過大,導致電路中的電流過小,因此應調節(jié)變阻器的滑片P,使其接入電路中的阻值變小,以增大電路中的電流。故下一步應進行的操作是:向左移動滑動變阻器,直至電流表示數為0.24 A。

        【溫馨提示】電路元件使用不當(包括元件規(guī)格選用不當、接入錯誤、使用不當等),也是造成電路(或用電器、電表等)不能正常工作、產生異?,F(xiàn)象的原因之一。

        例9.如所示的電路,閉合開關S后,發(fā)現(xiàn)電流表示數較大、電壓表示數為零,經檢查,導線連接完好,為了排除故障,應采取的措施是()

        A.改用電壓表的小量程

        B.該用電流表的大量程

        C.換用新的定值電阻R

        D.換用新的滑動變阻器

        解析:電流表有示數,說明整個電路是通路。若電壓表使用大量程,則電壓表指針偏轉較小,但不會為零;若電流表使用小量程,則電壓表的示數不會為零;若定值電阻R短路,則電流表有示數且示數較大,而電壓表示數為零;若定值電阻R斷路,則電流表無示數,電壓表有示數;若變阻器斷路,則電流表、電壓表都無示數;若變阻器短路,則電路中電流將會很大,電流表、電壓表都有示數。因此,電路的故障為定值電阻R短路,需換用新的定值電阻R。答案:C。

        【點撥】(1)電路故障的產生,一是電路元件本身有問題(短路或斷路);二是元件使用不當(選用規(guī)格不符合要求、連接方式或位置不正確、使用方法不妥等);三是連接的導線有斷開、短路或接觸不良之處。

        (2)分析判斷或排除電路故障的思路方法:①識別電路,明確電路元件的連接方式、電表測量的對象;②弄清故障現(xiàn)象;③運用歐姆定律和相關的電學知識,根據故障現(xiàn)象分析電路故障的原因及其位置,從而確定是哪個用電器、電表或哪段電路出現(xiàn)了故障,是斷路還是短路,進而采取相應的更改措施,以使電路正常工作。

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