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電路故障問題,一般通過燈泡亮滅的變化、電流表或電壓表示數(shù)的有無或變化等現(xiàn)象來分析。一般出現(xiàn)故障后,會出現(xiàn)如下現(xiàn)象。
1. 電路斷路——電路不通。直接現(xiàn)象為:燈泡不亮,電流表無示數(shù),電壓表示數(shù)為0(電壓表與電源構(gòu)成的串聯(lián)電路中有斷路)或電壓表示數(shù)接近電源電壓(電壓表與電源構(gòu)成的串聯(lián)電路中無斷路)。
2. 電路短路——電路仍通。直接現(xiàn)象為:燈泡可能仍亮(比如串聯(lián)電路中L1短路,L2仍然亮);燈泡可能不亮(說明該燈泡短路);電流表有示數(shù)或被燒壞;電壓表可能有示數(shù)(電壓表并聯(lián)部分無短路);電壓表示數(shù)可能為0(電壓表并聯(lián)部分短路)。
題型1:兩燈串聯(lián)類
例1 (2023·湖南·常德)如圖1所示的電路,閉合開關(guān)后兩燈均不發(fā)光且電流表、電壓表示數(shù)均為零?,F(xiàn)將兩燈泡位置互換后再次閉合開關(guān),電流表示數(shù)仍為零,電壓表指針明顯偏轉(zhuǎn)。根據(jù)以上信息判斷該電路故障可能為( )。
A. L1斷路、L2斷路 B. L1斷路、L2通路
C. L1通路、L2斷路 D. L1短路、L2斷路
解析:由圖可知兩只燈泡串聯(lián),電壓表測量L2兩端的電壓。
第1步,根據(jù)電流表示數(shù)確定故障類型:閉合開關(guān),兩只燈泡都不亮,電流表無示數(shù),說明電路中有斷路故障。
第2步,根據(jù)電壓表示數(shù)確定故障位置:電壓表無示數(shù),說明電壓表兩接線柱到電源的正、負(fù)極之間有斷路,可能是L1斷路,也可能是L1、L2同時斷路。將L1、L2的位置對調(diào),閉合開關(guān),電流表無示數(shù),說明電路中仍然有斷路故障;電壓表有示數(shù),說明此時電壓表兩接線柱到電源的正、負(fù)極之間是通路,所以L2、電流表、開關(guān)都是完好的,則故障是燈L1斷路。
答案:B
點(diǎn)評:串聯(lián)電路中,兩燈都不亮,電流表無示數(shù),說明電路為斷路;要判斷斷路的位置應(yīng)看電壓表的示數(shù)情況,若電壓表的示數(shù)為零,則電壓表的兩接線柱無法連通電源兩極,說明位于電壓表兩接線柱以外的電路中的燈泡斷路。
例2 (2023·山東·煙臺)在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中,遇到電路故障時常用電壓表來檢測。如圖2所示,電源電壓恒為4.5 V,閉合開關(guān)后兩燈均不亮,用電壓表先后測得AD、AC和AB兩端的電壓均為4.5 V,則故障可能是( )。
A. 燈L1斷路 B. 燈L2斷路
C. 燈L1短路 D. 燈L2短路
解析:第1步,根據(jù)兩燈亮滅情況判斷故障類型:閉合開關(guān)后兩燈均不亮,說明電路中有斷路故障。
第2步,根據(jù)電壓表示數(shù)確定故障位置:用電壓表先后測得AD、AC和AB兩端的電壓均為4.5 V,這說明A到電源負(fù)極、B到電源正極之間是通路,所以故障是AB之間出現(xiàn)了斷路現(xiàn)象,即燈L1斷路。
答案:A
點(diǎn)評:串聯(lián)電路中,兩燈都不亮,說明電路為斷路;電壓表有示數(shù),則意味著它的兩個接線柱到電源兩極是通路,不存在斷路。
例3 (2023·四川·內(nèi)江)如圖3所示的電路中,閉合開關(guān)后一燈亮,另一燈不亮,電流表有示數(shù),電壓表無示數(shù),其原因可能是( )。
A. L1短路 B. L1斷路
C. L2短路 D. L2斷路
解析:由圖可知兩只燈泡串聯(lián),電壓表測量L1兩端的電壓;
第1步,根據(jù)電流表示數(shù)確定故障類型:閉合開關(guān)后一燈亮,另一燈不亮,電流表有示數(shù),說明電路是通路,應(yīng)該發(fā)生了短路。
第2步,根據(jù)電壓表示數(shù)確定故障位置:電壓表無示數(shù),說明與電壓表并連的L1短路。(若L2短路,則電路為L1的基本電路,電壓表示數(shù)為電源電壓。)
答案:A
點(diǎn)評:串聯(lián)電路中,兩燈一亮一不亮,電流表有示數(shù),說明電路為短路;要判斷短路的位置應(yīng)看電壓表的示數(shù)情況,若電壓表的示數(shù)為零,則電壓表內(nèi)的電路短路。
例4 (2023·山東·泰安)如圖4所示電路,電源電壓保持不變,閉合開關(guān)后,只有兩個電表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。已知燈泡L1、L2中只有一個出現(xiàn)了故障,其他元件均完好。下列說法正確的是( )。
A. 可能是燈泡L1短路
B. 可能是燈泡L2短路
C. 可能是燈泡L1斷路
D. 一定是燈泡L2斷路
解析:由圖知,開關(guān)S閉合后,兩個燈泡串聯(lián),電流表測電路中的電流,電壓表V1測電源電壓(V1必偏轉(zhuǎn)),電壓表V2測L2兩端的電壓。
第1步,根據(jù)電表示數(shù)確定故障類型:若另一個指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是電流表,電流表有示數(shù),則故障類型為短路;若另一個指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是電壓表V2,電流表無示數(shù),則故障類型為斷路。
第2步,根據(jù)電壓表示數(shù)確定故障位置:電壓表V2無示數(shù),說明故障是與其并聯(lián)的L2短路;電壓表V2有示數(shù),說明故障是與其并聯(lián)的L2斷路。綜合以上判斷,故障可能是燈泡L2短路或燈泡L2斷路。
答案:B
點(diǎn)評:本題涉及三個電表,明確有兩個電表指針偏轉(zhuǎn),這其中必然包括V1,關(guān)鍵是分析出來另一個指針偏轉(zhuǎn)的是電壓表V2還是電流表A,并最終判斷出來哪個電表沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn),進(jìn)而判斷電路故障類型及位置。
題型2:燈、定并聯(lián)類
例5 (2023·廣東·廣州)小明按圖5所示電路圖正確連接電路,電阻R標(biāo)有“5 Ω”,燈L標(biāo)有“3.8 V 0.3 A”。閉合開關(guān)S,L發(fā)光,電流表A和A1正常工作,示數(shù)均為0.24 A。小明認(rèn)為出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是R被短路。該說法是否正確?若正確,寫出理由;若不正確,分析出現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因并寫出分析過程。
解析:根據(jù)題意可知,閉合開關(guān)S,該電路為并聯(lián)電路,電流表A測量干路中的電流,電流表A1測量通過燈泡L的電流。燈泡L發(fā)光,電流表A和A1正常工作,示數(shù)均為0.24 A,這說明干路中的電流與通過燈泡L的電流是相同的,根據(jù)并聯(lián)電路的電流規(guī)律可知,通過R的電流為0。該原因不可能是R短路,因?yàn)槿鬜短路,則電源會被短路燒壞,所以故障是R斷路。
答案:該說法不正確。
理由:燈泡L發(fā)光,電流表A和A1正常工作,示數(shù)均為0.24 A,這說明干路中的電流與通過燈泡L的電流是相同的,根據(jù)并聯(lián)電路的電流規(guī)律可知,通過R的電流為0,所以故障是R斷路。
點(diǎn)評:并聯(lián)電路中的電路故障一般就是斷路,因?yàn)橹灰幸粋€支路短路,其他支路以及電源也會發(fā)生短路,造成其他支路上的用電器停止工作、燒壞電源及干路中的電流表。