高考物理模型全归纳 第65讲 电路故障分析

高考物理全归纳——模型专题

在高中物理教学中，引导学生认识、理解和建立“物理模型”，是培养学生创造性思维和创新能力的有效途径。

一、什么是物理模型

自然界中事物与事物之间总是存在着千丝万缕的联系，并都处在不断的变化之中。面对复杂多变的自然界，进行科学研究时，总是遵循这样一条重要的原则，即从简到繁，先易后难，循序渐进，逐次深入。

物理模型有三个类型：（1）物理研究对象的理想化（对象模型）；（2）物理条件的理想化（条件模型）；（3）物理过程的理想化（过程模型）

二、为什么要建立物理模型

1、帮助学生掌握学习方法      2、落实“过程与方法”的教学目标

3、提高学生解决问题能力

三、如何帮助学生的建立物理模型

（一）提高认识，重视过程：

对研究对象建立理想的物理模型和在研究物理过程中选择最简单的物理模型，在教学中是经常涉及到的，但学生总不能从中得到启示。

（二）概括总结，触类旁通：

新课程提出高中阶段应给学生更多的空间，让学生较独立地进行科学探究，培养学生的自主探究、自主学习、自已解决问题的能力。

第65讲 电路故障分析

1．（2022•河北）某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电路如图1所示。选用的器材有：限温开关S1（手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103℃时自动断开，之后不能自动闭合）；保温开关S2（当锅内温度高于80℃时自动断开，温度低于70℃时自动闭合）；电饭煲的框架（结构如图2所示）。自备元件有：加热电阻丝R（阻值为60Ω，用于加热煮饭）；限流电阻R1和R2（阻值均为1kΩ）；指示灯L1和L2（2.5V，0.6W，当电流低于30mA时可视为熄灭）；保险丝T。

（1）按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是 　CD　（多选）。

A.按下S1，L1和L2均发光

B.当锅内温度高于103℃时，S1自动断开。L1和L2均发光

C.保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换

D.当锅内温度低于70℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭

（2）简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常，在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件。下列操作步骤的正确顺序是 　CABDE　（填写各步骤前的字母）。

A.将选择开关旋转到“×100”位置

B.将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点

C.调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度

D.测量指示灯L1两端的阻值

E.将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡

操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图3所示，可判断是 　L1　断路损坏；若指针如图4所示，可判断是 　R1　断路损坏。（用电路中的元件符号表示）

【解答】解：（1）A.按下S1，灯泡L2短路，不能发光，故A错误；

B.当锅内温度高于103℃时限温开关S1自动断开，限流电阻R1和R2阻值均为1kΩ，此时电路的总电流I总A＝220mA；

通过灯泡L2的电流I212.5mA＜30mA，所以L1不发光，故B错误；

C.保温开关S2（当锅内温度高于80℃时自动断开，温度低于70℃时自动闭合）在保温过程中，自动在闭合、断开状态之间交替切换，故C正确；

D.当锅内温度低于70℃时，S2自动闭合，电饭煲处于加热状态，L1发光，灯泡L2短路，熄灭，故D正确；

（2）利用欧姆表测电阻时，首先使得测电阻与其他电路断开，进行机械调零，然后选取合适的挡位，再进行欧姆调零，测量完毕后，将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡，故正确的顺序为：CABDE；

操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，此时回路中的用电器为R1、R和L1

若指针如图3所示，此时欧姆表的示数约为1100Ω，可判断是L1断路损坏；

若指针如图4所示，此时欧姆表的示数为零，说明L1没有损坏，加热和保温功能均正常，说明R正常，所以是R1断路损坏。

故答案为：（1）CD；（2）CABDE；L1；R1。

一.知识回顾

电路故障一般是短路或断路，常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等现象。

1．两种常见故障的特点

(1)断路特点：表现为路端电压不为零而电流为零。

(2)短路特点：用电器或电阻发生短路，表现为有电流通过电路但用电器或电阻两端电压为零。

2．检查故障的两种基本方法

(1)仪表检测法

①电压表检测：如果电压表示数为零，说明电压表上无电流通过，则可能在与电压表并联的路段之外有断路，或与电压表并联的路段完全短路。

如果电压表有示数，说明电压表上有电流通过，则在与电压表并联的路段之外无断路，且与电压表并联的路段内电阻值不为零(可能无短路，也可能部分短路)。

②电流表检测：当电路中接有电源时，可用电流表测量各部分电路上的电流，通过对电流值的分析，可以确定故障的位置。在运用电流表检测时，一定要注意电流表的正负接线柱和量程。

③欧姆表检测：当测量值很大时，表示该处断路；当测量值很小或为零时，表示该处短路。在运用欧姆表检测时，外电路一定要切断电源。

(2)假设法

已知电路发生某种故障，寻找故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生故障，运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行分析。分析结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若分析结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路，直到找出发生故障的全部可能为止，此方法亦称排除法。

3.电路中断路与短路的故障判定

首先，认真分析题意，弄清所用的仪表、仪器，然后用“假设推理法”。假设一个故障现象存在，然后根据电路的串、并联规律进行分析、推理，若能得到相应的现象或题目中所给的数据(如本例表格中的测量结果)，就说明这个故障现象存在。

二.典型例题

题型一：实物连线图

例1.　如图是某同学连接的实验实物图，A、B灯都不亮，他采用下列两种方法进行故障检查。

(1)应用多用电表的直流挡进行检查，选择开关置于10

 V挡。该同学测试结果如表1所示，在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触________(填“a”或“b”)。根据测试结果，可判定故障是________。

A．灯A短路  B.灯B短路

C．cd段断路   D.df段断路

(2)将开关断开，再选择欧姆挡测试，测量结果如表2所示，那么检查出的故障是    (　　)

A．灯A断路  B.灯B短路

C．灯A、B都断路      D.d、e间导线断路

答案：　(1)a  D  (2)BD。

解析：(1)应用多用电表判断电路故障，首先要正确使用多用电表，对多用电表而言，电流应从红表笔流入该表内，由题图能看出a点接电源正极，电势高于b点电势，所以红表笔应接触a。

由表1可知，a、b间，b、c间，d、f间均有示数，c、d间无示数，说明d、f之外路段无断路，且d、f间有电阻，而灯不亮，则d、f间有断路，C错误，D正确；至于灯A、灯B是否短路，则无法判断，A、B错误。

(2)由表2可知，c、d间有一定的电阻但不是很大，灯A既不短路也不断路，A、C错误；d、e间存在很大电阻，表明d、e间导线断路，D正确；e、f间电阻为零，则灯B短路，B正确。

题型二：电路图

例2．如图所示电路中，由于某处出现了故障，导致电路中的A、B两灯变亮，C、D两灯变暗，故障的原因可能是（　　）

A．R1短路 B．R2断路 C．R2短路 D．R3短路

【解答】解：A、若R1短路，外电阻减小，路端电压U减小，干路电流I增大，A灯变亮。并联部分的电压减小，通过B的电流减小，则B灯变暗，不符合题意。故A错误。

B、若R2断路，外电阻增大，路端电压U增大，干路电流I减小，A灯变暗，不符合题意。故B错误。

C、若R2短路，D灯不亮，外电阻减小，路端电压U减小，干路电流I增大，A灯变亮。并联部分的电压减小，通过B的电流减小，则B灯变暗，不符合题意。故C错误。

D、若R3短路，外电阻减小，路端电压U减小，干路电流I增大，A灯变亮。并联部分的电压减小，通过C、D的电流都减小，则C、D灯变暗。

干路电流增大，通过C灯电流减小，则B灯的电流增大，变亮。符合题意。故D正确。

故选：D。

三.举一反三，巩固练习

1. 如图电路中，A、B两灯原来正常发光，忽然A灯比原来亮了，设这是因为电路中某一处发生了故障造成的，那么发生这种故障的可能是（　　）

A．R1短路 B．R2断路 C．R3断路 D．电源断路

【解答】解：A、若电阻R1短路，两个灯泡都不亮，不符合题意，故A错误；

B、如果R2断路，根据并联电路总电阻与分电阻的关系，可知外电路总电阻增大，干路电流减小，内电压减小，则路端电压增大，流过R1的电流增大，灯泡B和电阻R3

并联的总电流减小，则灯泡B和电阻R3并联电压减小，则A灯两端电压增大，因此，A灯变亮，符合题意，故B正确；

C、同理，若R3断路，灯泡A和电阻R2并联电压减小，A灯变暗，不符合题意，故C错误；

D、若电源断路，灯泡A、B均熄灭，不符合题意，故D错误。

故选：B。

2. 在探究电路故障时，某实验小组设计了如图所示的电路，当电键闭合后，电路中的各用电器正常工作，经过一段时间，发现小灯泡A的亮度变暗，小灯泡B的亮度变亮．则下列对电路故障的分析正确的是（　　）

A．可能是定值电阻R1短路 B．可能是定值电阻R2断路 

C．可能是定值电阻R3短路 D．可能是定值电阻R4短路

【解答】解：AD、由于小灯泡A串联于干路中，且故障发生后小灯泡A变暗，可知电路中总电流变小，即电路总电阻变大，由此可知，故障应为某一电阻断路，故AD错误‘；

B、若R2断路，则R1和小灯泡B所在支路的电压增大，而R2的断路又使小灯泡B分配的电压增大，故小灯泡B变亮，故B正确；

C、若R3短路，必引起与之并联的支路（即R1所在支路）中无电流，小灯泡B熄灭，故C错误；

故选：B。

3. 某学生在研究串联电路电压特点时，接成如图所示电路，接通K后，他将高内阻的电压表并联在A、C两点间时，电压表读数为U；当并联在A、B两点间时，电压表读数也为U；当并联在B、C两点间时，电压表读数为零，则出现此种情况的原因可能是（R1、R2阻值相差不大）（　　）

A．AB段断路 B．AC段断路 C．AC段短路 D．AB段短路

【解答】解：A、如果AB段断路，R2无电流通过，当电压表并联在B、C两点间时，电压表读数为零，电压表并联在A、C两点间时电压表通过开关接在电源两端读数为U，当电压表并联在A、B两点间时，电压表通过R2和开关接在电源两端读数也为U，符合题意，故A正确；

B、如果AC段断路，R1无电流通过，当电压表并联在A、B两点间时，电压表读数一定为零，与题意不符，故B错误；

C、如果AC段短路，当电压表并联在A、C两点间时，电压表读数一定为零，与题意不符，故C错误；

D、如果AB段短路，当电压表并联在A、B两点间时，电压表读数一定为零，与题意不符，故D错误；

故选：A。

4. 如图所示的电路中，电源电动势不变、内阻不能忽略，R1、R2、R3、R4为定值电阻，L1、L2是小灯泡（阻值不变），电流表是理想电表。闭合开关S，两灯均正常发光。由于某种原因定值电阻R1处突然断路，则（　　）

A．电流表的读数变小，L1变亮，L2变暗 

B．电流表的读数变小，L1变暗，L2变亮 

C．电流表的读数变大，L1变亮，L2变暗 

D．电流表的读数变大，L1变暗，L2变亮

【解答】解：R1断路，则电路总电阻变大，根据I可知电路总电流减小，L2并联部分的电路结构不变，分流关系不变，则通过L2的电流变小，L2变暗，流过电流表的电流变小，L2分压变小，路端电压U＝E﹣Ir变大，L1两端电压变大，L1变亮，故BCD错误，A正确。

故选：A。

5. 如图所示，接通电键S，灯泡L1、L2都正常发光。某时刻由于电路故障两灯突然熄灭。若故障只有一处，则下列说法正确的是（　　）

A．如果将电压表并联在cd两端有示数，说明cd间完好 

B．如果将电压表并联在ac两端示数为0，说明ac间断路 

C．如果将电流表并联在ac两端示数为0，说明ac间完好 

D．如果将电压表并联在ad两端有示数，并联cd两端示数为0，说明cd间断路

【解答】解：电路故障分为断路和短路，故障只有一处，假设发生了短路，如果是某盏灯短路，该灯熄灭，而另一盏灯应该变亮，如果是两盏灯以外的元件短路，则两盏灯均变亮，故假设不成立。电路故障应为断路。

A．电压表并联在cd两端有示数，说明cd间发生了断路，故A错误；

B．电压表并联在ac两端示数为0，说明ac部分以外的电路发生了断路，而ac间电路完好，故B错误；

C．电流表并联在ac两端示数为0，说明ac部分以外的电路发生了断路，而ac间电路完好，故C正确；

D．电压表并联在ad两端有示数，说明ad段发生了断路，并联cd两端示数为0，说明cd部分以外的电路发生了断路，故D错误。

故选：C。

6. 如图所示，将滑动变阻器滑片P滑到最左端，闭合S后移动滑片P灯泡L不亮，但电压表有示数，电流表示数很小。若电路只有一处出现断路故障，当用多用电表的电压挡检测故障位置时（　　）

A．若多用电表接在滑动变阻器两端有示数，则可能是灯泡L断路 

B．若多用电表接在滑动变阻器两端有示数，则可能是滑动变阻器R断路 

C．若多用电表接在灯泡L两端有示数，则可能是滑动变阻器R断路 

D．若多用电表与电容器的两极板相连有示数，则可能是灯泡L断路

【解答】解：AB、闭合S后移动滑片P灯泡L不亮，没有电流流过灯泡L，电路有断路故障，多用电表（电压挡）与用电器并联有示数时，说明多用电表和电源相连部分通路，与多用电表并联部分可能断路，则若多用电表接在滑动变阻器两端有示数，则可能是滑动变阻器R断路，故A错误，B正确；

C、若多用电表接在灯泡L两端有示数，则可能是灯泡L断路，故C错误；

D、若多用电表与电容器的两极板相连有示数，不可能是灯泡L断路，否则，多用电表没有示数，故D错误。

故选：B。