论文部分内容阅读
电路的故障一般分为断路故障和短路故障两大类.对于电路所发生的故障，我们可以依据电路的串并关系，由路端电压随外电路电阻变化的规律、闭合电路（或部分电路）欧姆定律作出判断，也可以用电压表或电流表通过测量做出判断，还可以将电源与电路断开后用欧姆表通过测量做出判断.
1用电压表分析电路故障（一般只限于串联电路并且只有一处故障）
用电压表进行电路故障分析的步骤是：先用电压表测出各接线柱间的电压，再根据断路故障的电压特征和短路故障的电压特征做出判断.
（1）断路故障的电压特征：如果外电路某处发生了断路故障，电路中的电流一定为零，路端电压一定不为零.因此：①电压为零的两点间无断点；②哪两点间的电压不为零，则这两点与电源两极之间无断点，而这两点之间有断点.
（2）短路故障的电压特征：如果外电路有用电器发生了短路故障，电路中的电流一定不为零，被短路用电器两端的电压一定为零.因此：电路中的电流不为零但电压为零的两点间一定发生了短路故障.
例（2000年高考全国物理卷9）图1为一电路板的示意图，a、b、c、d为接线柱，a、d与200V的交流电源连接，ab间、bc间、cd间分别连接一个电阻.现发现电路中没有电流，为检查电路故障，用一交流电压表分别测得b、d两点间以及a、c两点间的电压均为200V.由此可知
A.ab间电路通，cd间电路不通
B.ab间电路不通，bc间电路通
C.ab间电路通，bc间电路不通
D.bc间电路不通，cd间电路通
解析由于电路中没有电流，所以电路发生了断路故障.用交流电压表测得b、d两点间为200V，说明b点与电源之间、d点与电源之间无断点，断点一定在外电路中的b、d两点之间；用交流电压表测得a、c两点间为200V，说明a点与电源之间、c点与电源之间无断点，断点一定在a、c两点间.综上所述，断点一定在b、c两点之间，故该题的正确选项是C、D.
2用电流表分析电路故障（一般只限于串联电路并且只有一处故障）
用电流表进行电路故障分析的步骤是：先把电流表分别接入各用电器的接线柱间并记录通过电流表的电流，再根据断路故障的电流特征和短路故障的电流特征做出判断.
（1）断路故障的电流特征：如果某用电器发生了断路故障，则电路中的电流为零，断路用电器两端的电压不为零，其他用电器两端的电压均为零.所以，电路中若有用电器发生了断路故障，将电流表分别接在每个用电器两端的接线上，电流表有示数时的用电器发生了断路故障.
（2）短路故障的电流特征：如果某用电器发生了短路故障，则电路中的电流不为零，短路用电器两端的电压为零，其他用电器两端的电压均不为零.所以，电路中若有用电器发生了短路故障，将电流表分别接在每个用电器两端的接线装上，电流表无示数时的用电器发生了短路故障.
需要注意的是，用电流表判断电路故障时，要选择合适的量程并用试触法测量，以免烧坏电流表.为了电路安全和测量的方便，如果有电压表，一般优先选择“用电压表分析电路故障”.
例2在如图2所示的电路中，A、B、C、D为四个接线柱，闭合开关后灯不亮，已经确定是由于灯泡开路或短路引起的.在不允许拆开电路的情况下，请你用一只电流表对故障进行判断（要说明方法和判断结果）.
解析该题有以下两种不同的判断方法.
方法一把电流表接在A、B接线柱上，如果电流表指针偏转，则灯泡开路.如果电流表指针不偏转，则灯泡短路.
方法二把电流表接在B、D接线柱上，如果电流表指针偏转，则灯泡短路.如果电流表指针不偏转，则灯泡开路.
3用欧姆表分析电路故障（一般只限于纯电阻串联电路）
用欧姆表判断电路故障的步骤是：先将电源与外电路断开，然后用欧姆表测出外电路各接线柱间的电阻，再根据“电阻为零的接线柱间一定短路、电阻为无穷大的接线柱间一定断路”进行判断.
例3图3是某同学连接的实验实物图，闭合开关S后，发现A、B灯都不亮，他用欧姆表通过测量来判断电路故障.
（1）测量前，应将开关S[CD#3]（填“断开”或“闭合”）；
（2）测量结果如表1所示，根据测量结果，可以判定故障是
A.灯A断路B.灯B断路
C.灯A、B都断路D.d、e间导线断路
解析（1）用欧姆表进行电路故障分析时，要先将电源与电路断开，所以该空应填“断开”.
（2）由测量结果可知，当欧姆表分别接在测量点c、d和e、f时示数很小但不为零，说明A、B灯泡都不可能断路，也不可能短路.当欧姆表接在测量点d、e时示数为“∞”，说明d、e间导线一定断路.故该题的正确选项是D.
4由电路中电表的示数或示数的变化情况分析电路故障
如果电路中接有电压表和电流表，我们可以根据电表的示数或示数变化情况来分析电路的故障.
例4在如图4所示电路中，闭合电键S后发现电路不能正常工作，已知电压表、电流表都是理想表并且是完好的，所（1）两灯泡都不亮，电流表示数为零，电压表示数为电源电动势，则故障为_____；
（2）两灯泡都不亮，电压表、电流表示数均为零，则故障为_____；
（3）只有一灯亮，电流表有示数，电压表示数为零，则故障为_____.
解析（1）由“两灯泡都不亮，电流表示数为零”可知，一定发生了断路故障.由“电压表示数为电源电动势”可知，故障为“L1断路”.
（2）由“两灯泡都不亮，电流表示数为零”可知，一定发生了断路故障.由“电压表示数为零”可知，故障为“L2断路或电键S断路”.
（3）由“只有一灯亮，电流表有示数，电压表示数为零”可知，故障为“L1短路”.
5由电路中灯泡亮度的变化情况分析电路故障
如果电路中接有灯泡，当电路发生故障时，灯泡的亮度会[HJ1.45mm]发生变化.我们可以根据灯泡亮度的变化情况来分析电路的故障.
例在如图5所示的电路中，灯泡A和B都是正常发光的.忽然灯泡B比原来变暗了些，而灯泡A比原来变亮了些.试判断电路中什么地方出现了断路的故障（设只有一处出了故障）.
解析由题意分析可知，A、B灯泡所在支路不可能断路，否则A、B灯泡均不会发光；
假设R1所在支路断路，外电路总电阻R将增大，导致路端电压U增大，A、B灯泡两端电压均升高，即A、B灯泡均变亮；假设R2所在支路断路，外电路总电阻R将增大，导致路端电压U增大，电源的输出电流I将减小.由IR11UR1可得IR1增大，由I=IR1 IRB∥R3可得，IRB∥R3将减小.由UB=IRB∥R3·RRB∥R3可得UB将减小，即B灯泡变暗.由U=UA UB可得UA将增大，即A灯泡变亮；假设R3所在支路断路，同理可得A灯泡变暗而B灯泡变亮.所以电路故障是R2所在支路断路引起的.
1用电压表分析电路故障（一般只限于串联电路并且只有一处故障）
用电压表进行电路故障分析的步骤是：先用电压表测出各接线柱间的电压，再根据断路故障的电压特征和短路故障的电压特征做出判断.
（1）断路故障的电压特征：如果外电路某处发生了断路故障，电路中的电流一定为零，路端电压一定不为零.因此：①电压为零的两点间无断点；②哪两点间的电压不为零，则这两点与电源两极之间无断点，而这两点之间有断点.
（2）短路故障的电压特征：如果外电路有用电器发生了短路故障，电路中的电流一定不为零，被短路用电器两端的电压一定为零.因此：电路中的电流不为零但电压为零的两点间一定发生了短路故障.
例（2000年高考全国物理卷9）图1为一电路板的示意图，a、b、c、d为接线柱，a、d与200V的交流电源连接，ab间、bc间、cd间分别连接一个电阻.现发现电路中没有电流，为检查电路故障，用一交流电压表分别测得b、d两点间以及a、c两点间的电压均为200V.由此可知
A.ab间电路通，cd间电路不通
B.ab间电路不通，bc间电路通
C.ab间电路通，bc间电路不通
D.bc间电路不通，cd间电路通
解析由于电路中没有电流，所以电路发生了断路故障.用交流电压表测得b、d两点间为200V，说明b点与电源之间、d点与电源之间无断点，断点一定在外电路中的b、d两点之间；用交流电压表测得a、c两点间为200V，说明a点与电源之间、c点与电源之间无断点，断点一定在a、c两点间.综上所述，断点一定在b、c两点之间，故该题的正确选项是C、D.
2用电流表分析电路故障（一般只限于串联电路并且只有一处故障）
用电流表进行电路故障分析的步骤是：先把电流表分别接入各用电器的接线柱间并记录通过电流表的电流，再根据断路故障的电流特征和短路故障的电流特征做出判断.
（1）断路故障的电流特征：如果某用电器发生了断路故障，则电路中的电流为零，断路用电器两端的电压不为零，其他用电器两端的电压均为零.所以，电路中若有用电器发生了断路故障，将电流表分别接在每个用电器两端的接线上，电流表有示数时的用电器发生了断路故障.
（2）短路故障的电流特征：如果某用电器发生了短路故障，则电路中的电流不为零，短路用电器两端的电压为零，其他用电器两端的电压均不为零.所以，电路中若有用电器发生了短路故障，将电流表分别接在每个用电器两端的接线装上，电流表无示数时的用电器发生了短路故障.
需要注意的是，用电流表判断电路故障时，要选择合适的量程并用试触法测量，以免烧坏电流表.为了电路安全和测量的方便，如果有电压表，一般优先选择“用电压表分析电路故障”.
例2在如图2所示的电路中，A、B、C、D为四个接线柱，闭合开关后灯不亮，已经确定是由于灯泡开路或短路引起的.在不允许拆开电路的情况下，请你用一只电流表对故障进行判断（要说明方法和判断结果）.
解析该题有以下两种不同的判断方法.
方法一把电流表接在A、B接线柱上，如果电流表指针偏转，则灯泡开路.如果电流表指针不偏转，则灯泡短路.
方法二把电流表接在B、D接线柱上，如果电流表指针偏转，则灯泡短路.如果电流表指针不偏转，则灯泡开路.
3用欧姆表分析电路故障（一般只限于纯电阻串联电路）
用欧姆表判断电路故障的步骤是：先将电源与外电路断开，然后用欧姆表测出外电路各接线柱间的电阻，再根据“电阻为零的接线柱间一定短路、电阻为无穷大的接线柱间一定断路”进行判断.
例3图3是某同学连接的实验实物图，闭合开关S后，发现A、B灯都不亮，他用欧姆表通过测量来判断电路故障.
（1）测量前，应将开关S[CD#3]（填“断开”或“闭合”）；
（2）测量结果如表1所示，根据测量结果，可以判定故障是
A.灯A断路B.灯B断路
C.灯A、B都断路D.d、e间导线断路
解析（1）用欧姆表进行电路故障分析时，要先将电源与电路断开，所以该空应填“断开”.
（2）由测量结果可知，当欧姆表分别接在测量点c、d和e、f时示数很小但不为零，说明A、B灯泡都不可能断路，也不可能短路.当欧姆表接在测量点d、e时示数为“∞”，说明d、e间导线一定断路.故该题的正确选项是D.
4由电路中电表的示数或示数的变化情况分析电路故障
如果电路中接有电压表和电流表，我们可以根据电表的示数或示数变化情况来分析电路的故障.
例4在如图4所示电路中，闭合电键S后发现电路不能正常工作，已知电压表、电流表都是理想表并且是完好的，所（1）两灯泡都不亮，电流表示数为零，电压表示数为电源电动势，则故障为_____；
（2）两灯泡都不亮，电压表、电流表示数均为零，则故障为_____；
（3）只有一灯亮，电流表有示数，电压表示数为零，则故障为_____.
解析（1）由“两灯泡都不亮，电流表示数为零”可知，一定发生了断路故障.由“电压表示数为电源电动势”可知，故障为“L1断路”.
（2）由“两灯泡都不亮，电流表示数为零”可知，一定发生了断路故障.由“电压表示数为零”可知，故障为“L2断路或电键S断路”.
（3）由“只有一灯亮，电流表有示数，电压表示数为零”可知，故障为“L1短路”.
5由电路中灯泡亮度的变化情况分析电路故障
如果电路中接有灯泡，当电路发生故障时，灯泡的亮度会[HJ1.45mm]发生变化.我们可以根据灯泡亮度的变化情况来分析电路的故障.
例在如图5所示的电路中，灯泡A和B都是正常发光的.忽然灯泡B比原来变暗了些，而灯泡A比原来变亮了些.试判断电路中什么地方出现了断路的故障（设只有一处出了故障）.
解析由题意分析可知，A、B灯泡所在支路不可能断路，否则A、B灯泡均不会发光；
假设R1所在支路断路，外电路总电阻R将增大，导致路端电压U增大，A、B灯泡两端电压均升高，即A、B灯泡均变亮；假设R2所在支路断路，外电路总电阻R将增大，导致路端电压U增大，电源的输出电流I将减小.由IR11UR1可得IR1增大，由I=IR1 IRB∥R3可得，IRB∥R3将减小.由UB=IRB∥R3·RRB∥R3可得UB将减小，即B灯泡变暗.由U=UA UB可得UA将增大，即A灯泡变亮；假设R3所在支路断路，同理可得A灯泡变暗而B灯泡变亮.所以电路故障是R2所在支路断路引起的.