淺析如何用電表判斷電路故障

摘 要：有關含電表的電路故障試題在全國各大市中考題中時常出現(xiàn)，該類試題既能考查學生對串并聯(lián)電路電流電壓特點的掌握情況，又可考查學生分析能力和判斷能力，是教學重點，也是教學難點。文章以歐姆定律和串并聯(lián)電路的電流電壓規(guī)律為抓手，從有燈泡的電路到無燈泡的電路，利用電流表和電壓表的示數(shù)分析、推理和歸納電路故障類型和故障位置判斷方法，促進了學生的思維發(fā)展。

關鍵詞：電流表;電壓表;電路故障

電路故障在全國各市的中考試題中出現(xiàn)頻率較高，學生通常不容易拿分，大多數(shù)學生對故障分析機械的死記硬背，對故障的類型和位置判斷不準確。究其原因，學生判斷電路故障的過程中，沒有運用歐姆定律和串并聯(lián)電路的電流電壓規(guī)律來解釋電表示數(shù)情況，不能夠從電表的示數(shù)情況來判斷電路故障，分析和推理能力有所欠缺。

一、 串聯(lián)電路故障

活動一：串聯(lián)電路故障中電表示數(shù)情況。

圖1開關閉合后，燈泡不亮，電流表示數(shù)幾乎為0，電壓表有明顯示數(shù)。燈泡不亮、電流表示數(shù)幾乎為0在教學中通常解釋為由于出現(xiàn)了斷路?？蓪W生的疑惑是既然斷路，為何電壓表有明顯示數(shù)且接近電源電壓。學完歐姆定律后，教師不妨將電壓表的電阻大約

3000Ω告訴學生，由學生計算將電壓表直接接到3V的電源上的電流，此時會發(fā)現(xiàn)電流值約為0.001A，幾乎為0。電壓表在電路中相當于斷路，是因電壓表的電阻過大導致電流幾乎為0，即有非常微弱的電流。也就是說圖1電路中電壓表有微弱的電流流過，從側面說明電壓表外側電路是通路。電壓表和燈泡串聯(lián)，因電壓表的電阻遠大于燈泡，根據(jù)串聯(lián)分壓規(guī)律，電壓表分得電壓幾乎等于電源電壓。

圖2開關閉合后，燈泡不亮，電流表、電壓表示數(shù)都為0。從圖中可知，電壓表外側出現(xiàn)了斷路，導致非常微弱的電流也無法產(chǎn)生。

圖3開關閉合后，燈泡發(fā)光，電流表有明顯示數(shù)，電壓表示數(shù)幾乎為0。電壓表示數(shù)幾乎為0的原因是電壓表測量的是導線兩端的電壓，因?qū)Ь€的電阻太小，所以分得的電壓也太小。

活動二：通過以上實驗現(xiàn)象和產(chǎn)生原因分析就可以來解決以下串聯(lián)電路故障。

例1 如圖4所示的電路，開關閉合后，L1和L2發(fā)光，電流表、電壓表均有明顯示數(shù)，突然兩燈均熄滅，電流表示數(shù)幾乎為0，電壓表示數(shù)變大接近電源電壓，造成此現(xiàn)象的原因可能是（）

分析：由圖4可知，兩只燈泡串聯(lián)，突然兩只燈泡同時熄滅，且電流表示數(shù)幾乎為0，可判斷出此電路出現(xiàn)了斷路故障;根據(jù)電壓表示數(shù)變大接近電源電壓，說明電壓表兩接線柱外側電路為通路，則說明內(nèi)側出現(xiàn)了斷路。電壓表內(nèi)側是燈泡L1，因此是L1斷路。所以本題選C。

例2 如圖4所示的電路，開關閉合后，L1和L2發(fā)光，電流表、電壓表均有明顯示數(shù)，突然兩燈均熄滅，電流表、電壓表示數(shù)都為0，造成此現(xiàn)象的原因可能是（）

A. L1短路 B.? L2短路 C. L1斷路 D. L2斷路

分析：由圖4可知，兩只燈泡串聯(lián)，突然兩只燈泡同時熄滅，電流表示數(shù)為0，可判斷出此電路出現(xiàn)了斷路故障;再根據(jù)電壓表示數(shù)為0，說明電壓表兩接線柱外側電路出現(xiàn)了斷路，即可能是燈泡L2斷路、電流表斷路、開關斷路或電壓表兩端點外側導線斷路。所以本題選D。

例3 如圖4所示的電路，開關閉合后，L1和L2發(fā)光，電流表、電壓表均有明顯示數(shù)，突然一燈泡熄滅，電流表示數(shù)變大，電壓表示數(shù)幾乎為0，造成此現(xiàn)象的原因可能是（）

A. L1短路 B.? L2短路 C. L1斷路 D. L2斷路

分析：由圖4可知，兩只燈泡串聯(lián)，突然一燈泡熄滅，電流表示數(shù)變大，說明電路中沒有出現(xiàn)斷路故障，又因為電壓表示數(shù)幾乎為0，電壓表相當于測導線兩端的電壓，故L1相當于導線，即L1短路。所以本題選A。

例4 如圖4所示的電路，開關閉合后，L1和L2發(fā)光，電流表、電壓表均有明顯示數(shù)，突然一燈泡熄滅，電流表示數(shù)變大，電壓表示數(shù)也變大，造成此現(xiàn)象的原因可能是（）

A. L1短路 B. L2短路 C. L1斷路 D. L2斷路

分析：由圖4可知，兩只燈泡串聯(lián)，突然一燈泡熄滅，電流表示數(shù)變大，說明電路中沒有出現(xiàn)斷路故障，又因為電壓表示數(shù)變大，即L1電壓變大，則L2電壓變小，即L2短路。所以本題選B。

例5 小明在測量定值電阻Rx的阻值時，開關閉合后調(diào)節(jié)滑動變阻器接入的阻值，準備讀取電流表示數(shù)時，發(fā)現(xiàn)兩電表示數(shù)突然都變?yōu)?。他用一根導線檢查電路故障，當將該導線兩端分別接到a、d接線柱上，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)仍為0;當將該導線兩端分別接到c、f接線柱上，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)，電流表示數(shù)仍為0;則由此可以判斷故障是：_____。

分析：本題給出的是實物連接圖，我們可將它先轉(zhuǎn)化成電路圖如圖6，可知待測電阻與滑動變阻器串聯(lián)，準備讀數(shù)時，兩表示數(shù)突然變?yōu)?。因電流表示數(shù)為0說明此電路出現(xiàn)了斷路故障;因電壓表示數(shù)也為0，說明電壓表外側電路出現(xiàn)了斷路故障，此時還不能明確是哪一電路元件斷路。

他用一根導線檢查電路故障，當將該導線兩端分別接到a、d接線柱上，簡化圖如圖7，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)仍為0，說明從a→f→e→d部分電路是通路。

當將該導線兩端分別接到c、f接線柱上，簡化圖如圖8，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)，電流表示數(shù)仍為0，電壓表有示數(shù)，說明從f→a→b→c部分電路是通路。

綜合上述現(xiàn)象和推理說明，該電路從c→b→a→f→e→d部分是通路。所以本題答案是cd間斷路

綜上，串聯(lián)電路故障判斷方法是：先用電流表判斷故障類型，即斷路還是短路，無電流是斷路，有電流非斷路。再用電壓表判斷故障位置，在斷路故障中，電壓表有示數(shù)則外通內(nèi)斷，電壓表無示數(shù)則外部斷路;在短路故障中，電壓表示數(shù)幾乎為0，則內(nèi)部短路，電壓表示數(shù)變大則外部短路。

二、 并聯(lián)電路故障

活動三：并聯(lián)電路故障。如圖10將開關閉合，有學生猜想L1因為被短路而不發(fā)光，L2能夠發(fā)光。實際情況是兩燈都不發(fā)光，即兩燈都被短路了。原因是導線和燈泡并聯(lián)，根據(jù)歐姆定律可得，1/R總=1/R內(nèi)線+1/R1+1/R2，并聯(lián)處總電阻小于每個電阻，所以AB間總電阻遠小于AB外部電阻，AB端電壓很小，燈泡的電阻相對較大，所以通過燈泡的電流幾乎為0。而L1上方導線因電阻很小，所以電流很大。因此并聯(lián)電路中有一個用電器短路會導致所有用電器都短路，即電源短路。

例6 （2019連云港）如圖11所示，電源電壓U恒定，閉合開關，L1、L2兩燈均正常發(fā)光，電流表和電壓表均有示數(shù)。過一會兒，其中一只燈泡突然熄滅，兩個電表示數(shù)均不變，假設故障是由其中某只燈泡引起的，則造成此現(xiàn)象的原因可能是（）

A. L1短路 B. L2短路 C. L1斷路 D. L2斷路

分析：根據(jù)電路可知兩燈泡并聯(lián)，又因一燈泡熄滅可排除燈泡短路，所以本題故障為燈泡斷路。電流表測量的是L1的電流，因為電流表有示數(shù)，所以L1支路沒有斷路，即L2支路有斷路。所以本題選D。

通過上述實例說明，在并聯(lián)電路中電路的故障通常是少短路多斷路。哪一支路斷路只需要看電流表有無示數(shù)即可，無電流那一支路為斷路的支路。

綜上可知，串并聯(lián)電路故障的判斷方法，通常是在正確識別出串聯(lián)還是并聯(lián)電路的基礎上，先根據(jù)電流表示數(shù)來判斷故障的類型，再根據(jù)電壓表示數(shù)來判斷故障的位置。

參考文獻：

[1]郅庭瑾.為思維而教[M].北京：教育科學出版社，2007.

[2]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2011.

作者簡介：夏素新，江蘇省南京市，南京市攝山初級中學。