破解初中生常見電路故障難題的策略探究

秦海燕

摘要：初中物理電學(xué)的學(xué)習(xí)中，電路故障分析題的分析判斷是學(xué)生解題的難點，往往遇到了沒有十足的把握，往往是不確定地寫下一個答案。下面對初中比較常見的電路故障類型進(jìn)行一個簡單的區(qū)分對比，分類討論這一題型的解題策略，提升學(xué)生在解決這類問題時的信心。

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理;解題思路;策略分析

一、難題呈現(xiàn)

例1在做探究歐姆定律的實驗中實驗電路如圖所示，如果電壓一個接線柱松動，提問學(xué)生電壓表會有示數(shù)嗎？學(xué)生都會回答沒有。

例2同樣的實驗電路，如果小燈泡燒壞，提問學(xué)生，哪些電表沒有示數(shù)？學(xué)生往往回答：電壓表和電流表。

參考答案：電流表

例3（2019杭州中考押題卷30）小金為了探究“電流與電阻的關(guān)系”，利用若干個定值電阻

，一個電流表，一個電壓表，一個電源，一個開關(guān)，一個滑動變阻器以及若干導(dǎo)線連成了如圖電路圖（電路圖中電壓表未畫出）。

（1）電壓表應(yīng)該并聯(lián)在的兩端。（填“定值電阻”或“滑動變阻器”）

（2）實驗開始時，小金剛閉合開關(guān)卻發(fā)現(xiàn)電壓表向右偏轉(zhuǎn)了一下然后又回到零刻度線，可能原因是：

;而實驗室只有一個額外的電流表，小金還能繼續(xù)實驗嗎？如果能，請簡要寫出方法。

參考答案：（1）并聯(lián);（2）閉合開關(guān)前未將滑動變阻器滑到阻值最大處;將電流表與一個定值電阻串聯(lián)后再并聯(lián)在定值電阻兩端。

三道例題中故障判斷，學(xué)生答題的情況總結(jié)：例1第（1）問基本正確;例2很多學(xué)生答：電流表和電壓表;例3第（2）問第一空很少能答到操作不當(dāng)，答案基本在斷路和短路之間選擇。

二、出錯原因

例1出現(xiàn)短路的位置非常明顯，電壓表沒有接入到電路中去，這樣能夠發(fā)現(xiàn)電壓表沒有示數(shù)，電流表通路不受影響。例2題干給出的問題是定值電阻斷路，電路中沒有電流，電流表也明顯不存在示數(shù)，電壓表在短路的時候，不一定不存在示數(shù)，認(rèn)為電壓表沒有示數(shù)，學(xué)生對斷路的具體情況認(rèn)識不夠。例3學(xué)生的答案基本在斷路和短路之間選擇，對電路故障類型認(rèn)識不夠，不了解故障的種類。

例1、例2對比發(fā)現(xiàn)，學(xué)生例2出錯的原因是對斷路故障出現(xiàn)以后的具體現(xiàn)象認(rèn)識不夠，需要學(xué)生詳細(xì)地了解總結(jié)斷路和短路出現(xiàn)以后具體的現(xiàn)象，例3出現(xiàn)問題的原因在于學(xué)生對故障類型了解歸納不夠。

三、破解策略

（一）首先對故障分類

對電路故障基本可以分為三大類：

①斷路，原因：接觸不良、元件本身引起、連接錯誤。

②短路，原因：元件本身、連接錯誤。

③其他，原因：如操作不當(dāng)、選材不當(dāng)?shù)取?/p>

（二）感受斷路和短路的故障現(xiàn)象

理論的知識點講解千萬遍，學(xué)生還是會錯，不如讓學(xué)生實際感受一下斷路、短路的具體情況，下面以電學(xué)實驗《伏安法測定小燈泡的電阻》為例，實驗電路如下圖：

讓學(xué)生先正確地進(jìn)行電路的連接，然后將開關(guān)閉合，在小燈泡正常發(fā)光后，進(jìn)行電流表以及電壓表示數(shù)的記錄。

（1）再斷開開關(guān)，讓學(xué)生取下小燈泡，再閉合開關(guān)，提問學(xué)生基本都知道是斷路，再提問學(xué)生電表都有示數(shù)嗎？有的學(xué)生就會覺得所有電表肯定沒有示數(shù)，這時候我們讓學(xué)生觀察實際的實驗情況對比電表示數(shù)變化，電流表無示數(shù)，而電壓表的示數(shù)卻變大了，幾乎等于電源電壓，當(dāng)電壓表和斷路部分并聯(lián)就會有示數(shù)且等于電源電壓，這種情況跟學(xué)生講很多遍，電壓表只要正負(fù)極可以碰到電源正負(fù)極，不管電路有沒有電流電壓表都會有示數(shù)。總結(jié)斷路現(xiàn)象：電路無電流，電流表無示數(shù)，但電壓表可以有示數(shù)。

（2）再次連接好電路，閉合開關(guān)，記錄此時電表示數(shù)，另外取一根導(dǎo)線（提醒學(xué)生滑動變阻器一定要保證有電阻接入），將導(dǎo)線并聯(lián)在小燈泡的兩端，觀察現(xiàn)象，提問學(xué)生，此時電路的故障是什么，學(xué)生基本可以回答短路，再提問小燈泡亮嗎？學(xué)生回答不亮，電流表有沒有示數(shù)怎么變化？學(xué)生也能回答有示數(shù)，示數(shù)變大，那電壓表有沒有示數(shù)（先不讓學(xué)生觀察，讓他們先思考再假設(shè)），一部分學(xué)生就會認(rèn)為短路電壓表一定有示數(shù)，再讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，電壓表是無示數(shù)的，再解釋原因，電壓表此時也被短接了。再做另外的短路情況，將導(dǎo)線與滑動變阻器并聯(lián)，觀察對比電表示數(shù)，電流表有示數(shù)，示數(shù)變大，電壓表也有示數(shù)，燈泡變得更亮。總結(jié)短路現(xiàn)象：電路有電流，且電流會變大，電壓表不一定有示數(shù)，短路部分不能正常工作。

剛剛對電路斷路和短路故障現(xiàn)象進(jìn)行了歸納總結(jié)。如果出現(xiàn)其他的情況就不能簡單地歸到斷路或短路，需要細(xì)致地去考量。

（三）分類討論解決

在初中科學(xué)研究電路中，通常只有一處發(fā)生局部故障的情況。首先對電器故障進(jìn)行識別和分析，在分析的時候，必須根據(jù)電路中存在的反常現(xiàn)象進(jìn)行，比如，燈泡不亮，電壓表示數(shù)反常，電流表數(shù)反常，對其存在的故障進(jìn)行分析，然后根據(jù)題中的條件、測試結(jié)果以及現(xiàn)象進(jìn)行綜合的分析，對故障進(jìn)行確定。

1.斷路

發(fā)生斷路時，電路中沒有電流。確定斷路以后有幾種方法來判斷斷路的位置：

（1）電壓表

把電壓表接到斷路發(fā)生的地方，看能不能通過電壓表連通電路，電壓表存在示數(shù)，并且它的示數(shù)等于電源電壓，但電路中的燈泡不亮，電流表也無示數(shù)。

例1如圖電路中，電源電壓為3伏。當(dāng)開關(guān)K閉合時，兩燈泡都不發(fā)光，且電壓表V的示數(shù)為3伏。產(chǎn)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

分析：兩燈不亮，先考慮斷路，且電壓要示數(shù)等于電源電壓，指示出斷路位置，故答案選C。進(jìn)一步提問，如果電壓表并聯(lián)在

L1兩端呢？電壓表將無示數(shù)。