电路动态分析和电路故障分析专题
整理：张万刚
总的来说,故障无非就是短路,断路,测量仪器的使用错误,分析时可以逐个判断故障,较复杂的电路分成几个简单的电路来看,最重要的就是用假设法,假设这个地方有了故障,会发生什么情况,看看跟题目中给的条件一不一样.另外也要多练些题,做得多了,自然熟了,做题时,还要总结规律、方法.
电路动态分析题和电路故障分析题是初中学生物理学习过程中的一个难点,其原因是这两类题目对学生有较高的能力要求.进行电路故障分析,要以电路动态分析能力作为基础,而电路故障分析又是电路动态分析的载体,因此我们将这两类分析题整合成一个专题进行复习有利于提高复习的效率.在编排顺序中,我们以电路动态分析作为主线,而将电路故障作为电路动态变化的一个原因.
一、滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起电路中电学物理量的变化
1．串联电路中滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起的变化
[例1]如图1,是典型的伏安法测电阻的实验电路图,当滑片P向左移动时,请你判断A表和V表的变化.
分析：P左移→R2↓→R↓→I↑→A表↑.
R1不变→IR1↑→U1↑→V表↑.
判断V表的变化还可以根据串联电路的分压原理来分析：R2↓→U2↓→U1↑→V表↑.
[变式训练题]参考上图,在伏安法测电阻的实验中,若由于各种原因,电压表改接在滑动变阻器的两端,当滑片P向左移动时,请判断A表和V表的变化.
图1 图2 图3
[例2]如图2,当滑片P向左移动时,A表和V表将如何变化.
分析：首先要确定电路的类型,此电路属于串联电路呢还是并联电路.我们可以将电流表简化成导线,将电压表简化成断开的电键或干脆拿掉.此时可以容易地看出,这是一个串联电路.而且发现滑动变阻器的滑片已经悬空,滑动变阻器接成了定值电阻,所以A表示数不变.
电压表在本电路中,是测量R1和R2部分电阻之和的电压,当滑片P向左移动时,被跨接在电压表内的电阻随着变小,根据分压原理：V表示数减小.
[变式训练题] 如图3,当滑片P向左移动时,A表和V表将如何变化.
[例3]在如图4所示电路中,当闭合电键后,滑动变阻器的滑动片P向右移动时 （ ）
(A)安培表示数变大,灯变暗. (B)安培表示数变小,灯变亮.
(C)伏特表示数不变,灯变亮. (D)伏特表示数不变,灯变暗.
分析：将电流表等效为一根导线,可以看到电压表直接测量电源电压,因此当滑动变阻器的滑动片P向右移动时,电压表的示数将不会变化；而电阻R的阻值变大,小灯的电阻RL大小不变（注意：在初中阶段,小灯的电阻由于温度的变化引起的变化往往忽略不计）,因此总电阻变大,电流变小,所以电流表示数变小.从串联电路的分压角度分析,小灯两端的电压也将变小,小灯的功率P=ULI也将变小,所以小灯的发光将变暗.本题正确答案为D.
[变式训练题] 在如图5,当闭合电键后,滑动变阻器的滑动片P向右移动时（ ）
(A)伏特表示数变大,灯变暗. (B)伏特表示数变小,灯变亮.
(C)安培表示数变小,灯变亮. (D)安培表示数不变,灯变暗.
图4 图5 图6 图7
2．并联电路中滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起的变化
[例4]如图6,当滑片P向右移动时,A1表、A2表和V表将如何变化?
分析：并联电路各支路两端电压相等,等于电源电压,故电压表V示数不变.由于并联电路各支路独立工作,互不干扰,滑动变阻器滑片P向右移动时,对R1这条支路没有影响,所以电流表A1示数不变.滑片P右移,R2变大,两端电压不变,故电流变小,干路中电流也随之变小,所以A2示数也会变小.
[变式训练题] 如图7,当滑片P向右移动时,A1表、A2表和V表将如何变化?
二、电键的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化
1．串联电路中电键的断开或闭合引起的变化
[例5]在如图8所示的电路中,将电键K闭合,则安培表的示数将______,伏特表的示数将________(均填“变大”、“变小”或“不变”).
分析：在电键尚未闭合前,两个电阻组成串联电路.电压表测量R1两端的电压,电键K闭合后,电阻R2被局部短路,电压表变成测量电源两端的电压了,因此电压表的示数将变大.在电键尚未闭合前,电流表测量的是串联电路的电流值,由于此时电阻较大,故电流较小；电键K闭合后,电阻R2被局部短路,电路中的电阻只有R1了,因此电流表的示数将变大.
[变式训练题]在如图9所示的电路中,当电键K断开时,电阻R1与R2是________联连接的.电键K闭合时,电压表的示数将________(选填“变小”、“不变”或“变大”).
图8 图9 图10
2．并联电路中电键的断开或闭合引起的变化
[例6] 在图10中,灯泡L1和灯泡L2是______联连接的.当电键K断开时,电压表的示数将________；电流表的示数将__________(选填“增大”、“不变”或“减小”).
分析：本题的难度首先在电路的识别,我们可以将电流表看作导线,将电压表拿去,就容易看出这个电路是“并”联电路.电流表是串联在小灯L1的支路中的,所以电键闭合时,电流表的示数从0变到有读数,应该选填“增大”.电压表是测量电源电压,而且不受电键控制,所以示数“不变”.
图11 图12 图13
[变式训练题] 在图11中,灯泡L1和灯泡L2是______联连接的.当电键K断开时,电压表的示数将________；电流表A1的示数将__________,电流表A2的示数将__________ (选填“增大”、“不变”或“减小”).
三、电路的故障引起电路中电学物理量的变化及故障原因分析
[例7]在图12中,当电键 K闭合后,两只小灯泡发光,电压表示数为4伏.过了2分钟,电压表示数为0,经检查除小灯泡外其余器材的连接良好,请分析造成这种情况的原因可能有：_____________________.
分析：电压表示数为0,其原因有三：1.电压表没有接好或电压表损坏；2.小灯L2短路；3.小灯L1断路.起先,电压表有示数,说明不存在原因1的情况.那么还有两种情况都是可能的.答案为：小灯L2短路；小灯L1断路.
[变式训练题] 在如图13所示的电路中,电源电压等于6伏,合上电键后电压表示数为6伏.经分析得出,电路中可能发生的情况是：______________________________.
[例8] 在如图14所示的电路中,电源电压不变.闭合电键K后,灯L1、L2都发光.一段时间后,其中一灯突然熄灭,而电流表、电压表的示数都不变,则产生这一现象的原因可能是（ ）
(A)灯L1短路. (B)灯L2短路. (C)灯L1断路. (D)灯L2断路.
分析：这是一个并联电路.可以采用排除法.小灯L2短路,会导致电压表示数变小、电流表示数变大,且导致两灯都不亮；小灯L2断路,会导致电流表示数变0；小灯L1短路,也会导致两灯都不亮；一灯熄灭而电表示数都不变,只有小灯L1发生断路时才有此可能.本题正确答案为C.
[变式训练题] 在图15所示的电路中,电源电压不变.闭合电键K,电路正常工作.一段时间后,发现其中一个电压表示数变大,则 （ ）
(A)灯L可能变亮.(B)灯L亮度可能不变.(C)电阻R可能断路.(D)电阻R可能短路.
图14 图15 图16
[例9] 在图16所示,电源电压不变.闭合电键K后,灯L1、L2都发光,—段时间后,其中的一盏灯突然变亮,而电压表Vl的示数变小,电压表V2的示数变大,则产生这一现象的原因是 ( )
(A)灯L1断路. (B)灯Ll短路.
(C)灯L2断路. (D)灯L2短路.
分析：属于电路故障分析题.“—段时间后,其中的一盏灯突然变亮”排除了电路出现断路的情况,那么,故障现象只有发生短路了.电压表V2的示数变大,是小灯变亮的原因,一定是小灯L2突然变亮；电压表Vl的示数变小说明小灯L1发生了短路.本题正确答案为B.
专题练习
1.x09图17中,A、B、C、D是滑动变阻器的四个接线柱.若将A、C分别与图中电路的导线头M、N相连接,闭合电键后,当滑动片P向右移动时,安培表的示数将______(填“变大”、“不变”或“变小”)；若将D与N相连接,接线柱______与M相连接,则闭合电键后,滑动片P向左移动时,伏特表的示数增大.
图17 图18 图19
2.x09在如图18所示的电路图中,当电键K闭合时 （ ）
(A)x09整个电路发生短路.(B)电流表示数变小.
(C)电流表示数不变化.(D)电流表示数变大.
3.x09在图19所示的电路中,当电键K闭合时,灯L1、L2均不亮.某同学用一根导线去查找电路的故障.他将导线先并接在灯L1两端时发现灯L2亮,灯L1不亮,然后并接在灯L2两端时发现两灯均不亮.由此可以判断 ( )
(A)灯L1断路. (B)灯L1短路. (C)灯L2断路. (D)灯L2短路.
4.x09如图20所示,电阻R1的阻值为20欧,R2为40欧,当电键K断开时,电流表A的示数为0.1安,则电源电压为______伏.若电键K闭合时,电流表A的示数为______安.
图20 图21 图22
5.x09在图21所示的电路中,电源电压为6伏.当电键K闭合时,只有一只灯泡发光,且电压表V的示数为6伏.产生这一现象的原因可能是 ( )
(A)灯L1短路. (B)灯L2短路. (C)灯L1断路. (D)灯L2断路.
6.x09如图22所示,当滑片P向右移动时 ( )
(A)电流表A示数不变,电压表V示数不变.
(B)电流表A示数不变,电压表V示数变大.
(C)电流表A示数变小,电压表V示数变大.
(D)电流表A示数变小,电压表V示数不变.
7.x09如图23所示,闭合电键K,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,电流表A的示数将________(选填“变小”、“不变”或“变大”).
图23 图24
8.x09在电路中,发生了如图24所示的现象,已知电路中只有一处故障,且除两个灯泡外其余部分均完好,现有导线、电压表、电流表,在不拆开电路的情况下,请挑选合适的器材判断电路的故障,写出两种判断方法,包括所用器材、观察到的现象和结论：___________________________________
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电路动态分析和电路故障分析专题参考答案
1．变小；B. 2．D. 3．A. 4．6；0.15. 5．B． 6．A. 7．不变.
8．方法一：用一根导线并联在L1两端,若L2发光,说明L1断路.
方法二：用电流表并联在L1两端,若电流表有示数且L2发光,说明L1断路.若电流表没有示数,且L2不发光,说明L2断路.
方法三：用电压表并联在L1两端,若电压表示数等于电源电压,说明L1断路.若电压表示数等于零,说明L2断路.