資源簡介

第13講 電學專題（能力微專題1 電路故障分析）
【方法突破】
1.故障現象及原因
電路發生故障時表現為應當正常工作的用電器不能正常工作了。用電器不工作的根本原因是電流沒有經過這個用電器。而電流不經過用電器的原因則是此電路發生斷路或此用電器被短路了。
2.測試故障類型——用電流表
①斷路時,由于沒有電流經過該支路即I=0,所以當電流表串聯在該電路中時表現為示數為“0”。②短路時,由于有電阻的用電器被沒有電阻的導線短接,則該支路的電流要比正常值大,則當電流表串聯在電路中表現為示數較大或超出量程。
3.測試故障所在——用電壓表
①斷路時,由于電流I=0,所以當電阻R為有限值時(不是斷開處),根據歐姆定律U=IR得U=0,所以根據串聯電路的特點,得到斷開處的電壓U≠0,即當電壓表并聯在斷開處時電表有示數。②被短路時,由于R→0,則有U=IR得U→0,即當電壓表并聯在被短接部分的兩端時電表無示數。
分析思路圖解:
【核心演練】
1.如圖所示,電源電壓保持不變,開關S閉合后,電流表的示數為I0,電壓表的示數為U0,電路正常工作一段時間后,電阻R1出現故障。若觀察到電壓表示數為零,電流表示數為3I0,則R1 (選填“斷路”或“短路”),且R1 (選填“>”、“<”或“=”)R2。
2.如圖所示的電路中,電源電壓保持不變,R1、R2中有一個存在故障,閉合開關后,電壓表示數為0 V,則故障可能是 。若用一個完好的電阻R替換R1,電壓表示數仍不變,則電路中存在的故障是 。
3.按如圖所示的電路研究電流與電壓的關系。已知電源電壓為6 V,R1為定值電阻,滑動變阻器R2標有“20 Ω　1 A”字樣,電流表量程為0~0.6 A,電壓表量程為0~15 V。回答下列問題:
(1)閉合開關后,電流表無示數,電壓表示數接近電源電壓,出現此故障的原因可能是 ;
(2)若R1=6 Ω,為保證電路安全,滑動變阻器允許連入電路的最小阻值為 Ω。
4.如圖所示,電源電壓保持不變,閉合開關S后,兩燈均發光(設燈絲電阻不變),電壓表示數為U,過一段時間后,突然兩燈均熄滅,且有一個電表的示數變大,已知兩燈中僅有一個出現了故障。請你判斷故障情況是 ;若此時電壓表的示數為4U,則小燈泡L1、L2的電阻之比為 ;排除故障后,將小燈泡L1、L2的位置互換,則示數一定不發生變化的是 (選填“電流表”、“電壓表”或“電流表和電壓表”)。
5.如圖所示的電路中,電源電壓保持不變,閉合開關S后,電路正常工作。過了一會兒,燈L熄滅,三個電表中只有一個電表的示數變大。電路中只有一處故障,且只發生在燈L或電阻R上。則下列判斷正確的是 ( )
A.一定是燈L斷路
B.一定是燈L短路
C.可能是電阻R斷路
D.可能是電阻R短路
6.如圖所示的電路中,電源電壓恒為U,電阻R1、R2的阻值均為R0。閉合開關S,只有兩個電表的指針發生偏轉,若電路中僅有一處故障,且只發生在R1、R2上,則下列判斷正確的是 ( )
A.R1斷路,A的示數為 0,V1的示數為 U
B.R2斷路,A的示數為 0,V1的示數為 U
C.R1短路,A的示數為,V1的示數為 0
D.R2短路,A的示數為,V1的示數為 0
7.如圖所示的電路中,開關閉合后,兩燈泡都發光,電表正常工作,一段時間后,由于燈L1短路(燈L2、電表不會燒壞),會有下面哪種情況發生 ( )
A.電流表示數變小 B.電壓表無示數
C.電壓表示數不變 D.電壓表示數變大
8.如圖所示,這是探究串聯電路中小燈泡兩端的電壓與電源兩端電壓關系的電路圖。已知電源電壓為4.5 V,L1、L2為兩個不同規格的小燈泡,當閉合開關S后兩燈都不亮。用電壓表進行測量時,測出A、B兩點之間的電壓為4.5 V,B、C兩點之間的電壓為零。若只有一處故障,則下列判斷中正確的是( )
A.燈泡L1的燈絲斷了
B.燈泡L2的燈絲斷了
C.開關接觸不良
D.燈泡L2被短路
9.在“探究電流與電阻的關系”的實驗中,小明連接的實驗電路如圖甲所示。
實驗次數 1 2
電阻R/Ω 5 10
電流I/A 0.40 0.20
(1)閉合開關前,應將滑動變阻器的滑片置于最 端。
(2)閉合開關后,發現電流表示數為零,電壓表的示數如圖乙所示,為 V;改變滑動變阻器滑片的位置,兩電表指針的位置不變。電路中有一處故障,可能是 (選填序號)。
①電流表短路 ②電壓表短路
③滑動變阻器斷路 ④電阻R斷路
(3)排除電路故障后,小明先后用5 Ω、10 Ω的定值電阻進行實驗。實驗中,通過 控制定值電阻兩端的電壓不變,得到的實驗數據如表所示。小明據此得出結論:電流與電阻成反比。請指出實驗存在的問題或需要改進的地方: 。
10.在“電阻的測量”的實驗中,小華同學設計了如圖甲所示的電路圖。
(1)請根據電路圖,用筆畫線代替導線將圖乙中的器材連接成完整電路。
(2)連好實驗電路后,閉合開關,電流表無示數,電壓表有較大的示數,電路故障可能是 (填序號)。
A.電壓表斷路 　B.電阻R斷路
C.電壓表短路 　D.電阻R短路
(3)排除故障后,閉合開關,將滑片P緩慢向右移動,電壓表的示數將 (選填“增大”或“減小”)。
(4)為了趕時間,小華同學只做了一次測量,此時電壓表的示數為1.5 V,電流表的示數如圖丙所示,請把下列表格補充完整。
次數 U/V I/A R/Ω
1 1.5
(5)其他同學認為小華同學的做法不合理,理由是　 。
參考答案
1.短路　>
【解析】由圖可知,該電路為串聯電路,電流表測量電路中的電流,電壓表測量R1兩端的電壓;開關S閉合后,電流表的示數為I0,電壓表的示數為U0;電阻R1出現故障后,觀察到電流表示數為3I0,這說明電路是通路,即電路故障是R1短路;由于電源電壓不變,根據歐姆定律可知U=I0(R1+R2)=3I0R2;解得R1=2R2,即R1>R2。
2.R1短路或R2斷路　R2斷路
【解析】閉合開關后,電壓表示數為0 V,說明沒有電流通過電壓表。原因可能是R1短路造成電壓表短路或者R2斷路造成整個電路斷路。若用一個完好的電阻R替換R1,電壓表示數仍為0,說明沒有電流通過電壓表和電阻R,則電路中存在的故障是R2斷路。
3.(1)R1斷路
(2)4
【解析】(1)電流表無示數,說明電路斷路,電壓表示數接近電源電壓,說明電壓表兩接線柱到電源間是通路,所以故障可能是與電壓表并聯的定值電阻R1斷路;(2)R1與R2串聯,當電源電壓一定時,R2接入電路的阻值越小,電路的總電阻就越小,電路中的電流就越大。比較R2允許通過的最大電流與電流表的量程可知,電路中允許通過的最大電流I=0.6 A,此時R2接入的阻值最小,由歐姆定律公式I=可得,電路的最小總電阻:R===10 Ω,R2的最小值:R2=R-R1=10 Ω-6 Ω=4 Ω。
4.L2斷路　3∶1　電流表
【解析】由圖可知,閉合開關S后,兩燈串聯,電壓表測L2兩端的電壓,電流表測串聯電路的電流;一段時間后,兩燈均熄滅,已知兩燈中僅有一個出現了故障,這說明電路故障為斷路,所以電流表示數減小為0,電壓表示數變大,此時電壓表到電源為通路,則L1是完好的,故L2斷路;當L2斷路時,電壓表測電源電壓,所以電源電壓U總=4U;當兩燈串聯均發光時,電壓表測燈泡L2兩端的電壓,且U2=U,根據串聯電路電壓規律可知,此時燈泡L1兩端電壓U1=U總-U2=4U-U=3U,根據串聯分壓的規律可知,電阻兩端的電壓之比等于電阻之比,所以燈泡L1、L2的電阻之比為R1∶R2=U1∶U2=3U∶U=3∶1;兩燈串聯,電壓表測L2兩端的電壓,電流表測串聯電路的電流;若將小燈泡L1、L2的位置互換,兩燈仍然串聯,電流表仍然測串聯電路的電流,由于電源電壓保持不變,電路總電阻(R總=R1+R2)仍然保持不變,所以由歐姆定律可知電路中的電流不變,即電流表示數一定不發生變化;更換燈泡位置,此時電壓表測L1兩端的電壓,雖然電路中電流不變,但兩燈的電阻不同,由U=IR可知,電壓表示數一定會發生變化。
5.C　【解析】根據電路圖可知,該電路為串聯電路,電流表測量電路中的電流;電壓表V1測量電阻R兩端的電壓,電壓表V2測量燈L兩端的電壓。若燈L斷路,則電壓表V2測量電源電壓,示數增大,此時電路中的電流為0,電流表示數為0,根據U=IR可知,電壓表V1示數減小為0;若R斷路,則電壓表V1測量的是電源電壓,示數增大,此時電路中的電流為0,電流表示數為0,根據U=IR可知,電壓表V2示數減小為0;若L短路,電路的總電阻減小,根據歐姆定律可知,電路中的電流變大,電流表示數變大,電壓表V2測量一段導線兩端的電壓,示數為0,電壓表V1測量電源電壓,示數變大,若R短路,電路的總電阻減小,根據歐姆定律可知,電路中的電流變大,電流表示數變大;電壓表V1測量一段導線兩端的電壓,示數為0,電壓表V2測量電源電壓,示數變大。綜上所述,電阻R斷路或燈L斷路,都會造成燈泡不亮,三個電表中只有一個電表的示數變大,故C正確。
6.C　【解析】由圖可知,該電路為串聯電路,電流表測量電路中的電流,電壓表V1測量R1兩端的電壓,電壓表V2測量R2兩端的電壓。若 R1斷路,則V1測電源電壓,示數為U,V2與電源之間是斷開的,示數為0,A的示數為0,所以只有一只電表的指針發生偏轉,故A錯誤;若 R2斷路,則V2測電源電壓,示數為U,V1與電源之間是斷開的,示數為0,A的示數為0,所以只有一只電表的指針發生偏轉,故B錯誤;若 R1短路,則V1測量的是一段導線兩端的電壓,示數為0,V2測電源電壓,示數為U,A的示數為,所以有兩只電表的指針發生偏轉,故C正確;若 R2短路,則V2測量的是一段導線兩端的電壓,示數為0,V1測電源電壓,示數為U,A的示數為,故D錯誤。
7.B　【解析】由圖可知:兩燈泡串聯,電流表測電路中的電流,電壓表測L1兩端的電壓。當燈L1短路后,電路總電阻減小,電源電壓不變,故電流增大,電流表示數增大;此時,電壓表相當于接在導線兩端,故電壓表示數為零。故B正確。
8.A　【解析】已知兩燈串聯,閉合開關后,兩燈都不亮,所以不可能是小燈泡短路,只能是斷路;將電壓表并聯在L2兩端時,電壓表示數為0,說明B、C兩點與電源間存在斷路;將電壓表并聯到A、B兩點時,電壓表有示數,且等于電源電壓,說明電壓表與電源正、負極之間是接通的,所以故障是燈泡L1的燈絲斷了,故A正確。
9.(1)右
(2)2.9　④
(3)調節滑動變阻器　結論要以電壓不變為前提(或實驗時要進行多次實驗,使實驗結論具有普遍性)
【解析】(1)如圖,滑動變阻器接左半部分,滑片處于最右端時,滑動變阻器接入電路的阻值最大,在電路中起保護電路的作用。
(2)電壓表使用0~3 V量程,每一個大格代表1 V,每一個小格代表0.1 V,所以電壓表的示數是2.9 V。
閉合開關后,電流表示數為零,說明電路是斷路,兩節干電池的電壓是3 V,電壓表的示數是2.9 V,并且移動滑動變阻器的滑片,電壓表的示數不變,說明與電壓表并聯的部分斷路,故選④。
(3)探究電流跟電阻的關系時,用滑動變阻器控制定值電阻兩端的電壓不變。
實驗存在的問題或需要改進的地方:
A.實驗過程中只做了兩次實驗,得到的實驗結論具有偶然性,實驗時要進行多次實驗,使實驗結論具有普遍性。
B.實驗結論沒有前提,探究電流跟電阻的關系時,要以電壓不變為前提。
10.(1)
(2)B
(3)增大
(4)0.3　5
(5)根據一組數據求出的電阻阻值誤差較大
【解析】(1)根據電路圖,變阻器右下接線柱連入電路中。
(2)連好實驗電路后,閉合開關,電流表無示數,電路可能斷路,電壓表有較大的示數,電壓表與電源連通,電路故障可能是電阻R斷路,選B。
(3)排除故障后,閉合開關,將滑片P緩慢向右移動,變阻器連入電路的阻值變小,由電阻的串聯規律可知,電路的總電阻變小,由歐姆定律知,電路的電流變大,根據U=IR,電壓表的示數將增大。
(4)電流表選用小量程,分度值為0.02 A,電流為0.3 A,由歐姆定律可得,R===5 Ω。
(5)只根據一組數據求出的電阻阻值誤差較大。
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