電學(xué)實驗中的故障分析

舒爽

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)實驗中，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)該實驗現(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，因為若R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。

點評：并聯(lián)電路中的電路故障一般就是斷路，因為只要有一個支路短路，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。