“電壓分配率”在初中物理串聯(lián)電路故障分析中的應(yīng)用

徐學(xué)林

摘 要：“初中物理串聯(lián)電路故障”是初中學(xué)生剛接觸電學(xué)在日常實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常接觸到的問題，學(xué)生經(jīng)常搞不清故障的原因，更談不上對故障的原因進(jìn)行系統(tǒng)的分析，本文以2008年浙江臺(tái)州市的一道中考題為例，簡述如何教會(huì)學(xué)生應(yīng)用串聯(lián)電路中的“電壓分配率”對各種常見的故障進(jìn)行簡單有效地分析和查找，更好地使學(xué)生將理論學(xué)習(xí)與具體的實(shí)踐相結(jié)合。

關(guān)鍵詞：串聯(lián)電路；故障；電壓；解題

引言

原題再現(xiàn)

浙江省臺(tái)州市2008年中考的第13題

實(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們把兩個(gè)相同規(guī)格的小燈泡連接在如圖1甲所示的電路中，閉合開關(guān)后，兩燈發(fā)光。此時(shí)，一同學(xué)不小心把L1的玻璃外殼打破了，結(jié)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(fā)生開路；猜想二：可能L1處發(fā)生短路。

（1）根據(jù) （填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”）電路的特點(diǎn)，可知猜想一是不正確的。

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

（3）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩次電壓表均有明顯讀數(shù)，且L1兩端電壓比L2兩端電壓小。說明猜想二也不正確.你認(rèn)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(shí)點(diǎn)：串聯(lián)電路的電流、電壓特點(diǎn)，由歐姆定律導(dǎo)出的串聯(lián)電路的電壓分配率的特點(diǎn)，（U1：U2=R1：R2，即電流相同時(shí)，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(shí)際功率。對應(yīng)課標(biāo)中的要求是：知道電壓、電流和電阻概念。通過實(shí)驗(yàn)，探究電流與電壓、電阻的關(guān)系。理解歐姆定律。了解串、并聯(lián)電路電流和電壓的特點(diǎn)。會(huì)使用電流表和電壓表。知道用電器的實(shí)際功率和額定功率。本題屬于理解層次的考查要求與課標(biāo)要求相一致。

題目分析

中考趨勢：本題是一道實(shí)驗(yàn)綜合題，主要考查學(xué)生平常實(shí)驗(yàn)操作過程遇到的電路故障現(xiàn)象的分析，更側(cè)重于電路的分析。電路的故障現(xiàn)象及分析既是平時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)也一直是近幾年中考的熱點(diǎn)，也是學(xué)生丟分的重災(zāi)區(qū)。

試題的優(yōu)點(diǎn)：本題難度不大，卻包含串聯(lián)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(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

電路故障分析一般的解題過程：①引導(dǎo)學(xué)生通讀全題，明確已知條件與所問問題。②仔細(xì)閱讀電路圖，明確各個(gè)元件的連接關(guān)系。③整理解題思路，運(yùn)用相關(guān)物理知識(shí)、規(guī)律來完成解答。

2 說分析審題

引導(dǎo)審題

（1）讀圖：發(fā)現(xiàn)當(dāng)S閉合時(shí)，燈泡L1、燈L2組成串聯(lián)電路，閉合開關(guān)后，兩燈發(fā)光，說明電路的連接沒有問題，一同學(xué)不小心把L1的玻璃外殼打破了，結(jié)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(xiàn)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(gè)體”，“整體”：兩燈串聯(lián)，故障時(shí)一燈亮一燈不亮，說明整體的電路是完整的沒有發(fā)生“開路”?！皞€(gè)體”之一L2能亮說明燈L2沒什么問題，“個(gè)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(xué)生

學(xué)生在做題時(shí)的難點(diǎn)：

①基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生分不清“開路”和“短路”，亂猜亂做；

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

③基礎(chǔ)扎實(shí)的優(yōu)秀生可以根據(jù)串聯(lián)電路的提點(diǎn)，串聯(lián)電路電壓、電功率的知識(shí)得到第（3）小題的正確答案。

如何讓基礎(chǔ)薄弱和基礎(chǔ)一般的學(xué)生解答這一類的電路故障分析題呢？我是采取先讓學(xué)生理解和掌握串聯(lián)電路的電壓、電流、電阻關(guān)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)歐姆定律、電功、電功率的公式推導(dǎo)出串聯(lián)電路的電流、電壓、電阻、電功、電功率的分配規(guī)律來分析此類的問題。

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

U1：U2

W1：W2 =R1：R2

P1：P2

規(guī)律：（串聯(lián)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(lián)電路的電壓分配率”。

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

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

③如果單獨(dú)檢測兩個(gè)燈泡都沒問題，電路的連接也沒問題，但是兩燈串聯(lián)在電路中一燈亮，一燈不會(huì)亮，根據(jù)上述規(guī)律，只能是其中亮著的燈的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于不亮的燈的電阻（即亮的燈因其電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于不亮的燈電阻，分到的電功率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另一盞燈）。

正確答案：（1）串聯(lián)；（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(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們把兩個(gè)相同規(guī)格的小燈泡連接在如圖2所示的電路中，閉合開關(guān)后，兩燈發(fā)光，過了一會(huì)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(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們把兩個(gè)相同規(guī)格的小燈泡連接在如圖2所示的電路中，閉合開關(guān)后，兩燈發(fā)光，過了一會(huì)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(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們把兩個(gè)相同規(guī)格的小燈泡連接在如圖2所示的電路中，閉合開關(guān)后，兩燈都發(fā)光，過了一會(huì)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(shí)驗(yàn)課上，同學(xué)們把兩個(gè)相同規(guī)格的小燈泡連接在如圖2所示的電路中，閉合開關(guān)后，兩燈都發(fā)光，過了一會(huì)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(jié)串聯(lián)電路故障的解題思路

（1） 引導(dǎo)學(xué)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于不亮燈的電阻）

（3）根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和串聯(lián)電路電壓、電功、電功率的分配規(guī)律來分析和解決問題。

6 說反思感悟

電路故障分析對學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)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(shí)驗(yàn)綜合考查題，而學(xué)生的得分率也很低，所以要加強(qiáng)根據(jù)電路特點(diǎn)及其他物理量的分配關(guān)系的這種解法引導(dǎo)和強(qiáng)化訓(xùn)練。

在電學(xué)新課的傳授過程中要注意電學(xué)基礎(chǔ)的夯實(shí)，特別是《了解電路》、《探究電路》這兩章電學(xué)的基礎(chǔ)。而串聯(lián)電路的特點(diǎn)及串聯(lián)電路各物理量的分配關(guān)系更是需要學(xué)生在掌握好串并聯(lián)電路的基礎(chǔ)上結(jié)合歐姆定律來進(jìn)行推導(dǎo)，而電路故障的分析正是這些知識(shí)和規(guī)律的實(shí)戰(zhàn)演習(xí)，要引導(dǎo)學(xué)生在平常實(shí)驗(yàn)操作中遇到電路故障時(shí)多多分析、多問幾個(gè)為什么，就可以順利地解答電路故障的分析題目。