關于電路故障問題的探究分析與思考

陳李清

【摘要】電路故障分析是初中物理的重難點，涉及電學的相關知識，綜合性強.本文探究電路故障問題的分析思路及技巧，形成解題策略，再結合實例分類探究，與讀者交流.

【關鍵詞】初中物理；電路故障；斷路；短路

電路故障問題在中考中十分常見，問題解析需要綜合運用電路知識，采用一定的分析技巧.常見的電路故障有兩種：短路和斷路.探究學習時需要明晰兩者的概念以及電器不能正常工作的原理.解析探究要歸納常見的故障類型，總結解析思路，形成相應的處理策略.

1故障分析思路

解析電路故障問題，需要采用分步探究的策略，然后逐步解析問題，判定現象，推導結論.

第一步，判定整個電路的連接方式，即串聯或并聯，對于復合型電路，采用整體與局部相結合的方式，分析器件之間的連接方式；

第二步，根據故障現象逐一對照，推導結論，該步需要結合知識經驗，根據電表的示數，元器件的連接方式來做出判斷.

2故障分析技巧

故障分析時，可關注電表的示數，根據電表的示數變化來判斷電路的故障.具體分析時可先判斷電流表，再判斷電壓表.

以圖1所示為例，判斷分析技巧如下：

情形1：電流表有示數→電路短路→若電壓表示數為電源電壓，則L2短路；若電壓表無示數，則L1短路；

情形2：電流表無示數→電路斷路→若電壓表示數為電源電壓，則L1斷路；若電壓表無示數，則L2斷路.

3實例探究

電路故障問題類型眾多，電路中涉及眾多的元器件，探究分析時要把握電路的連接方式，再結合電路故障分析方式來加以判斷.下面基于電路連接方式，進行分類探究.

類型一串聯電路故障——兩表示數判斷

對于串聯電路的故障，可根據電流、電壓表的示數來判斷故障的類型和位置.具體分析時充分利用串聯電路故障中的短路和斷路的判斷標準，即短路時電路中有電流，斷路時電路中無電流.其中電壓表所測的用電器斷路，電壓表和電路為串聯.電壓表示數等于電源的電壓，具體做法如下：

（1）先看電流表，若電流表無示數，則說明該段斷路；

（2）哪“斷”就看哪段的電壓表，若電壓表有示數，電壓表左右兩邊與電源均相通，則可知電壓表兩接點中間斷開（電壓表所測電路斷路）；

（3）若電流表有示數，則電路短路，哪“短”就看哪段的電壓表，電壓表無示數，則中間短路，即電壓表所測的器件短路.

例1小明同學在“探究串聯電路電壓規律”的實驗中，按如圖2所示的電路圖來連接實物.閉合開關后，發現燈L1和L2均不亮，排除接觸不良的因素后，小明用電壓表逐一與元器件并聯，以便查找電路中的故障.測量結果如下：Uab=0；Ubc=0；Ucd=6V；Uad=6V；如果電路只有一處故障，則故障可能為（）

（A）L1斷路.（B）L1短路.

（C）L2斷路.（D）L2短路.

解析本題目判斷串聯電路中的故障，屬于情形問題，要根據電壓表與元器件并聯結果來作出判斷，下面結合串聯電路故障的分析技巧，逐步分析.

第一步，題干表面L1和L2均不亮，由于僅有一處故障，故不是L1或L2短路；

第二步，Uab=0，電壓表外部存在斷路，則表明此時電壓表的正接線柱與電源的正極連通，負接線柱與電源的負極不連通；

第三步，Ubc=0，電壓表外部存在斷路，則表明此時電壓表的正接線柱與電源的正極連通，負接線柱與電源的負極不連通；

第四步，Ucd=6V，電壓表外部連通，則表明此時電壓表的正接線柱與電源的正接線柱連通，負接線柱與電源的負接線柱連通；

綜上可推知，電壓表所并聯的燈泡L2斷路，可知答案為（C）.

評析上述問題分析串聯電路的故障，采用了“先排除，再并聯電壓表”的分析方法，根據電壓表的示數來判斷是否有故障.常用規律為：若電壓表有示數，說明電壓表與電源能相通；若無示數，說明電壓表與電源不能相通.

類型二串聯電路故障——導線法判斷

串聯電路故障問題中，常需要判斷電路斷路的位置，此時可以采用導線法，即將導線與每個用電器并聯，若點燈亮，則電路通，說明導線所并聯的位置的用電器是斷開的.

例2在探究串聯電路電壓特點的實驗中，小紅按圖3正確連接好電路，閉合開關后發現兩電壓表指針偏轉角度相同.為尋找電路故障，小紅用一根檢測導線分別并聯在燈L1或L2的兩端，發現兩電壓表指針所指位置沒有任何變化.由此可以推斷（）.

（A）L1一定短路.

（B）L2 一定斷路.

（C）L1短路，同時L2斷路.

（D）檢測導線一定斷路.

解析本題目設置情景問題，實驗中連接電路后出現故障，需要根據電壓表的指針偏轉，以及小紅的操作及現象來作出判斷.其中的操作為導線法判斷串聯電路的故障，可根據對應知識來分析判斷.

由題意可知，閉合電路開關后發現兩個電壓表的指針偏轉的方向相同，則表明兩電壓表測的均為電源的電壓，則可推知故障可能為L1短路或L2斷路，下面具體分析選項.

（A）和（B）選項，故障可能為L1短路或L2斷路，故（A）和（B）錯誤；

（C）選項，若L1短路，同時L2斷路時，當將檢測的導線并聯在L2的兩端情形下，L1被短路，電源也被短路，電壓表示數則會發生變化，故（C）錯誤；

（D）選項，當檢測所用導線斷路時，則相當于沒有作任何操作，所以兩電壓表的示數均不變，故（D）正確；

綜上可知，答案為（D）.

評析上述為電路故障情景問題，電路連接后出現故障，連接導線來排查故障，理解故障排查的導線法是解題的關鍵.導線判斷法需要把握兩點：一是與用電器并聯；二是故障判斷類型，即電路斷路的判斷.解題時首先判斷電路連接方式，再采用導線法來分析，根據現象作出判斷.

類型三并聯電路故障——兩表示數判斷

并聯電路中常見的故障為開路，支路斷開，此情景下該支路無電流，旁支路的電流和電壓均不變，此時干路的電流就會變小.具體分析時可以根據電流表和電壓表的示數變化來判斷故障位置.

例3在圖4所示的電路中，電源電壓為U0且保持不變，電阻R1、R2的阻值均為R0.

（1）閉合開關S后，電流表的示數將，電壓表示數將（均選填“變小”“不變”或“變大”）；

（2）一段時間后，發現電路中有一個電表的示數變小，已知電路中存在一處斷路故障，且只發生在電阻R1、R2上.現通過斷開開關S來判斷故障.請根據相關信息寫出開關S斷開后兩電表的示數及相應的故障.

解析本題目為電路綜合探究，第（1）問分析電路連接后的電表示數，第（2）問則需要判斷電路中的故障，可結合并聯電路中的電表示數來判斷.具體解析要分兩步進行：第一步，理清器件的連接關系，包括支路和干路；第二步，判斷電表的測量器件.

上述電路中，R1和R2為并聯關系，電流表測量干路電流，電壓表測量電源和各支路電壓.

（1）開關閉合前，只有R1接入電路，開關閉合后，電路為R1、R2并聯，電流表測量干路電流，故電流表示數變大.

（2）電壓表始終測量電源的電壓，故示數不變.

（3）當R1、R2其中一個電阻斷路時，電壓表仍測量電源電壓，故電壓表的示數不變，那么示數減小的只能是電流表，此時斷開開關S；若電流表示數為U0R0不變，則證明R1斷路；斷開開關S，若電流表示數為0，則證明斷路的是R2.

評析上述探究并聯電路中的故障時，采用了分析電表變化的方法，通過分析支路和干路中電表的示數變化來判斷測量對象的電流和電壓情況，進而作出判斷.具體分析時可采用上述總結的分步解析思路：解析電路連接，判斷電表測量對象，再作出判斷.

4探究思考

上述探究了電路故障的解析思路和判斷方法，并結合實例分類型進行解析.而在教學探究中，需要注意總結電路故障的解析策略，下面提出三點建議.

建議一：歸納常見故障，理清故障現象.教學中要注意引導學生對電路中的常見故障進行梳理，同時明晰故障的現象，包括短路、斷路、開路.

建議二：總結判斷方法，形成解析策略.故障問題解析時需要采用合理的方法策略，教學探究中教師要注意總結故障分析的方法思路，注意兩點：一是梳理常見電路的連接方式；二是總結常用的故障分析方法，即電表分析法和導線連接法.

建議三：實例詳細分析，積累解題經驗.教學探究中，要注意結合實例引導學生具體分析，讓學生體驗解題過程，積累解題經驗.引導時注意分步探討，梳理注意事項，并開展解后評析.

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