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电路故障分析题可以综合考查电路知识、电流表和电压表特点及电路规律等内容,下面主要探讨电路故障分析思路和解题技巧.
一、断路和短路的电路故障分析
1.断路
(1)主要表现:电流表无读数、用电器不工作(如灯不亮)、电压表读数接近电源电压等.
(2)检测方法:采用电压表、电流表、导线、小灯泡等与电路的一部分并联,再造一条电流路径,若这条路径能使电路恢复通路,则与之并联的部分就存在断路.
①电压表检测法.若电压表有示数且等于电源电压,则和电压表并联的部分断路.电压表有读数,说明电压表的正负接线柱已经和连向电源的部分形成通路.
②电流表检测法.如果电流表有读数,其他部分开始工作,则此时与电流表并联的部分断路.(注意,电流表要用试触法选择合适的量程,以免烧坏电流表)
③导线检测法.如果其他部分能开始工作,则此时与导线并联的部分断路.
④小灯泡检测法.如果小灯泡发光或其他部分开始工作,则此时与小灯泡并联的部分断路.
例1 如表格中电路图所示,闭合开关S后,发现两灯均不亮,其中一个灯损坏,现提供导线、电压表,请选用上述器材进行检测.
解析 由电路图知,两灯泡串联.闭合开关,两灯都不亮,所以只能是一灯断路.(1)使用电压表检验电路故障时,将电压表与某一灯并联,如果显示电源电压,则并联的灯断路;电压表如果没有示数,则另一灯断路.(2)使用导线检验电路故障时,将导线与L1并联,如果L2正常工作,则是L1断路.如果无变化,则L2断路.
2.短路
(1)主要表现:并联电路如果一个用电器短路或电源发生短路,则整个电路就短路了.
串联电路也可能发生整个电路的短路,那就相当于将导线直接接在了电源两端,用电器不工作,电源发热损坏,因而是绝对禁止的.较常见的是其中某一个用电器发生局部短路.此时用电器两端无电压,电流表有读数且较原来变大,另一用电器两端电压变大等.
(2)检测方法:只能用电压表或小灯泡分别和各部分并联的检测法.
①电压表检测法.如并联在某一用电器两端时电压为零,则此用电器短路.
②小灯泡检测法.如并联在某一用电器两端小灯泡不亮,则此用电器短路.
例2 如图1,电源电压不变,两只电表均完好,开关S闭合后,发现只有一只电表的指针发生偏转,若电路中只有一个灯泡出现了故障,则可能是( ).
A.电压表指针发生偏转,灯泡L1短路
B.电压表指针发生偏转,灯泡L1断路
C.电流表指针发生偏转,灯泡L2短路
D.电流表指针发生偏转,灯泡L2断路
解析 图为串联电路.若L1短路,电流表示数变大,电压表被短路,示数应该为零.若L1断路,则电压表示数等于电源电压,电流表示数为零.L2短路时,两表示数都变大;L2断路时,两表都为零,故选B.
二、电学实验中常见故障分析
1.滑动变阻器的接法
(1)开关闭合前,滑片未放在变阻器阻值最大处.
(2)导线接“下下”两个接线柱.电压表和电流表示数都很小,且调节滑片时两电表读数都不变.
(3)导线接“上上”两个接线柱.电压表和电流表示数都很大,且调节滑片时两电表读数也都不变.
2.电表“+”“-”接线柱接反
现象:指针反偏.改正方法:将电表“+”“-”接线柱接上的导线互换.
3.电表量程选错了
(1)选了小量程.现象:指针正向偏转过大,超过量程.改正方法:改换小量程.
(2)选了大量程.现象:指针正向偏转角度小,读数误差大.改正方法:改换大量程.
4.电流表与用电器并联
现象:造成短路.改正方法:电流表与用电器串联.
5.电压表并联在电源上
现象:测量不出用电器电压,移动滑动变阻器时电流表示数基本不变,电压表示数不变.改正方法:电压表与被测用电器并联.
6.电压表并联在滑动变阻器上
现象:移动滑动变阻器时电表示数和用电器示数变化相反,要通过电压特点计算用电器两端的电压.改正方法:电压表与被测用电器并联.
例3 某同学利用图2所示电路研究并联电路电流的规律.闭合开关S再迅速断开,发现接通电路的短时间内,两只小灯泡均发光,电流表的指针正向偏转超过最大刻度.产生这种现象的原因可能是( ).
A.小灯泡L1发生短路
B.小灯泡L2发生短路
C.电流表使用的量程小了
D.电流表的接线柱接反了
解析 因是并联电路,两灯都发光,不是短路,如果是短路则整个电路都会短路,电流表烧坏,故选C.
例4 小明探究“通过导体的电流与电压的关系”时,电路图如图3(甲)所示.电源电压不变,R1为定值电阻,电流表A选用0~0.6A量程,电压表V1选用为0~3V量程,电压表V2选用为0~15V量程,滑动变阻器R2上标有“50Ω 1A”的字样.
(1)请根据电路图3(甲)用笔画线代替导线连接实物图7(乙).
(2)闭合开关前滑动变阻器的滑片P应放在 (选填“A”或“B”)端.
(3)闭合开关S,发现电流表A与电压表V2的示数为零,电压表V1的示数不为零,则电路存在的故障是 .
(4)排除故障后,继续进行实验,记录电流表A与电压表V1的示数,得到一组实验数据,如图3(丙)所示.分析表中实验数据可得结论:当导体的阻值不变时,通过导体的电流与其两端电压成
比.
(5)实验中,记录电流表A与电压表V2的示数,得到一组实验数据,根据实验数据作出I-U2图线,如图3(丁)所示,电源电压是 V.在保证实验器材安全的前提下,滑动变阻器接入电路的阻值不得小于
Ω.
解析 (1)在根据电路图连接电路过程中,要特别注意电流表、电压表的位置、接法、量程选择和电流方向;滑动变阻器采用“一上一下”的接法与定值电阻串联.
(2)为保护电路,闭合开关前,滑动变阻器滑片应位于最大阻值处.
(3)闭合开关,电流表或电压表示数为零,说明与其串联的电路断路,但不可能是滑动变阻器断路(如果滑动变阻器断路,电压表V1就不会有示数);电压表V1有示数,说明与V1串联的电路是通路,所以电路故障为电阻R1断路.
(4)由电路图知,电压表V1测量电阻R1两端电压,电流表测量电路电流,比较电压、电流变化规律即可.
(5)由上一步可以得到电阻R1的阻值;在丁图中,滑动变阻器两端最大电压为5.0V,此时电路电流为0.1A,由此得到滑动变阻器接入电路的阻值;已知电阻R1和滑动变阻器接入电路的阻值,可得到总电阻;已知电路总电阻和电流,可以得到电源电压.
为保护用电器或电流表、电压表,电路电流不能超过用电器或电流表允许通过的最大电流,两端电压不能超过电压表选择的量程.确定电路最大电流或最大电压后,在电源电压不变的情况下,得到电路的总电阻,其中R1已得出,所以能够得到滑动变阻器接入电路的电阻.
答案 (1)略;(2)B;(3)电阻R1断路;(4)正;(5)6;10.
一、断路和短路的电路故障分析
1.断路
(1)主要表现:电流表无读数、用电器不工作(如灯不亮)、电压表读数接近电源电压等.
(2)检测方法:采用电压表、电流表、导线、小灯泡等与电路的一部分并联,再造一条电流路径,若这条路径能使电路恢复通路,则与之并联的部分就存在断路.
①电压表检测法.若电压表有示数且等于电源电压,则和电压表并联的部分断路.电压表有读数,说明电压表的正负接线柱已经和连向电源的部分形成通路.
②电流表检测法.如果电流表有读数,其他部分开始工作,则此时与电流表并联的部分断路.(注意,电流表要用试触法选择合适的量程,以免烧坏电流表)
③导线检测法.如果其他部分能开始工作,则此时与导线并联的部分断路.
④小灯泡检测法.如果小灯泡发光或其他部分开始工作,则此时与小灯泡并联的部分断路.
例1 如表格中电路图所示,闭合开关S后,发现两灯均不亮,其中一个灯损坏,现提供导线、电压表,请选用上述器材进行检测.
解析 由电路图知,两灯泡串联.闭合开关,两灯都不亮,所以只能是一灯断路.(1)使用电压表检验电路故障时,将电压表与某一灯并联,如果显示电源电压,则并联的灯断路;电压表如果没有示数,则另一灯断路.(2)使用导线检验电路故障时,将导线与L1并联,如果L2正常工作,则是L1断路.如果无变化,则L2断路.
2.短路
(1)主要表现:并联电路如果一个用电器短路或电源发生短路,则整个电路就短路了.
串联电路也可能发生整个电路的短路,那就相当于将导线直接接在了电源两端,用电器不工作,电源发热损坏,因而是绝对禁止的.较常见的是其中某一个用电器发生局部短路.此时用电器两端无电压,电流表有读数且较原来变大,另一用电器两端电压变大等.
(2)检测方法:只能用电压表或小灯泡分别和各部分并联的检测法.
①电压表检测法.如并联在某一用电器两端时电压为零,则此用电器短路.
②小灯泡检测法.如并联在某一用电器两端小灯泡不亮,则此用电器短路.
例2 如图1,电源电压不变,两只电表均完好,开关S闭合后,发现只有一只电表的指针发生偏转,若电路中只有一个灯泡出现了故障,则可能是( ).
A.电压表指针发生偏转,灯泡L1短路
B.电压表指针发生偏转,灯泡L1断路
C.电流表指针发生偏转,灯泡L2短路
D.电流表指针发生偏转,灯泡L2断路
解析 图为串联电路.若L1短路,电流表示数变大,电压表被短路,示数应该为零.若L1断路,则电压表示数等于电源电压,电流表示数为零.L2短路时,两表示数都变大;L2断路时,两表都为零,故选B.
二、电学实验中常见故障分析
1.滑动变阻器的接法
(1)开关闭合前,滑片未放在变阻器阻值最大处.
(2)导线接“下下”两个接线柱.电压表和电流表示数都很小,且调节滑片时两电表读数都不变.
(3)导线接“上上”两个接线柱.电压表和电流表示数都很大,且调节滑片时两电表读数也都不变.
2.电表“+”“-”接线柱接反
现象:指针反偏.改正方法:将电表“+”“-”接线柱接上的导线互换.
3.电表量程选错了
(1)选了小量程.现象:指针正向偏转过大,超过量程.改正方法:改换小量程.
(2)选了大量程.现象:指针正向偏转角度小,读数误差大.改正方法:改换大量程.
4.电流表与用电器并联
现象:造成短路.改正方法:电流表与用电器串联.
5.电压表并联在电源上
现象:测量不出用电器电压,移动滑动变阻器时电流表示数基本不变,电压表示数不变.改正方法:电压表与被测用电器并联.
6.电压表并联在滑动变阻器上
现象:移动滑动变阻器时电表示数和用电器示数变化相反,要通过电压特点计算用电器两端的电压.改正方法:电压表与被测用电器并联.
例3 某同学利用图2所示电路研究并联电路电流的规律.闭合开关S再迅速断开,发现接通电路的短时间内,两只小灯泡均发光,电流表的指针正向偏转超过最大刻度.产生这种现象的原因可能是( ).
A.小灯泡L1发生短路
B.小灯泡L2发生短路
C.电流表使用的量程小了
D.电流表的接线柱接反了
解析 因是并联电路,两灯都发光,不是短路,如果是短路则整个电路都会短路,电流表烧坏,故选C.
例4 小明探究“通过导体的电流与电压的关系”时,电路图如图3(甲)所示.电源电压不变,R1为定值电阻,电流表A选用0~0.6A量程,电压表V1选用为0~3V量程,电压表V2选用为0~15V量程,滑动变阻器R2上标有“50Ω 1A”的字样.
(1)请根据电路图3(甲)用笔画线代替导线连接实物图7(乙).
(2)闭合开关前滑动变阻器的滑片P应放在 (选填“A”或“B”)端.
(3)闭合开关S,发现电流表A与电压表V2的示数为零,电压表V1的示数不为零,则电路存在的故障是 .
(4)排除故障后,继续进行实验,记录电流表A与电压表V1的示数,得到一组实验数据,如图3(丙)所示.分析表中实验数据可得结论:当导体的阻值不变时,通过导体的电流与其两端电压成
比.
(5)实验中,记录电流表A与电压表V2的示数,得到一组实验数据,根据实验数据作出I-U2图线,如图3(丁)所示,电源电压是 V.在保证实验器材安全的前提下,滑动变阻器接入电路的阻值不得小于
Ω.
解析 (1)在根据电路图连接电路过程中,要特别注意电流表、电压表的位置、接法、量程选择和电流方向;滑动变阻器采用“一上一下”的接法与定值电阻串联.
(2)为保护电路,闭合开关前,滑动变阻器滑片应位于最大阻值处.
(3)闭合开关,电流表或电压表示数为零,说明与其串联的电路断路,但不可能是滑动变阻器断路(如果滑动变阻器断路,电压表V1就不会有示数);电压表V1有示数,说明与V1串联的电路是通路,所以电路故障为电阻R1断路.
(4)由电路图知,电压表V1测量电阻R1两端电压,电流表测量电路电流,比较电压、电流变化规律即可.
(5)由上一步可以得到电阻R1的阻值;在丁图中,滑动变阻器两端最大电压为5.0V,此时电路电流为0.1A,由此得到滑动变阻器接入电路的阻值;已知电阻R1和滑动变阻器接入电路的阻值,可得到总电阻;已知电路总电阻和电流,可以得到电源电压.
为保护用电器或电流表、电压表,电路电流不能超过用电器或电流表允许通过的最大电流,两端电压不能超过电压表选择的量程.确定电路最大电流或最大电压后,在电源电压不变的情况下,得到电路的总电阻,其中R1已得出,所以能够得到滑动变阻器接入电路的电阻.
答案 (1)略;(2)B;(3)电阻R1断路;(4)正;(5)6;10.