2024中考物理三轮突破8讲义电路设计与电路故障分析学案

这是一份2024中考物理三轮突破8讲义电路设计与电路故障分析学案，共12页。学案主要包含了电路设计，电路故障分析等内容，欢迎下载使用。
讲义
专题概述
本专题包含根据串并联电路的规律设计实用电路、根据用电器的状态及电压表电流表的示数情况分析电路故障。根据要求设计简单电路的一般步骤是：根据开关对用电器的控制情况，分析出电路的串并联情况，对于并联电路而言还要分析出开关的位置在干路还是支路上。
类型一、电路设计
1.通过用电器间的工作是“相互影响”还是“互不影响”，确定用电器之间是串联还是并联关系；
2.按照开关与被控制的用电器是串联的原则，确定开关的位置；
3.如果开关的使用与常理相反，则说明开关与被控制的用电器并联；
4.确定其他用电器之间的串、并联关系，进而画出电路图。
【例1】楼道里常用一种自动控制的照明灯：楼道光线充足时无论是否有声音，照明灯都不发光；光线很暗并且有一定响度的声音时，照明灯就发光（光线很暗时光控开关闭合；有一定响度的声音时，声控开关闭合）。请根据以上要求在虚线框内将如图中的电路连接完整。
【解析】根据题意可得，声控开关和光控开关共同控制灯泡，且相互影响，所以声控开关和光控开关、灯泡串联在电源的两端，如图所示：
【分析】（1）电路中开关控制用电器时，开关和用电器是串联的；
（2）光控开关和声控开关同时控制一盏灯，当光线很暗，而且有一定响度的声音时电灯才发光，因此两个开关串联后共同控制灯泡。
【例2】某门禁系统有两种识别方式：人脸识别（开关S1）和密码识别（开关S2），只要其中一种方式识别成功即可闭合相应开关，启动小电动机，开启门锁。请完成电路设计。
【解析】人脸识别（开关S1）和密码识别（开关S2），只要其中一种方式识别成功，则相应的开关闭合，从而使电动机工作，所以这两个开关应并联后再与电动机串联在电源上，电路设计如图所示：
。
【答案】
【分析】两个开关中，只要一个闭合电动机开始工作，说明两个开关是并联在电路中，据此连接电路。
【例3】某科技小组为医院病房设计呼叫电路，在病人需要护理时，闭合床头开关S1或S2，护士值班室的护士就能及时看到对应的灯L1或L2亮，同时听到电铃响起。请用笔画线代替导线在图中连接符合设计要求的电路图。
【解析】经分析可知，灯L1和L2并联，且开关S1和S2分别位于两支路上，电铃位于干路，干路上的开关S控制整个电路，电路图的连接如下图所示：
【分析】由题意可知，闭合床头开关S1或S2，护士值班室的护士就能及时看到对应的灯L1或L2亮，同时听到电铃响起，说明两灯泡可以独立工作、互不影响即为并联，且各有一个开关控制各自的支路，电铃位于干路，干路上串联一个总开关可以控制整个电路，据此进行解答。
【例4】某保密室有三道门，关上一道门相当于闭合一个开关。只要有一道门没有关上，红色和绿色的指示灯都会发光。当三道门都关上时，红灯会熄灭，只有绿灯会发光。请设计出符合要求的电路图画在虚线的方框内，并根据所设计的电路图在如图中用笔画线将实物连接成符合要求的电路。（要求：连线不能交叉，线头接在接线柱上。）
【解析】根据题意可知，指示灯与电源组成通路时指示灯亮，电路是断路或灯被短路时灯熄灭，当三道门都关上即三个开关都闭合时，红灯会熄灭，绿灯会发光，此时红灯短路、绿灯通路，三个开关相互影响，三个开关应该是串联再与红灯并联，电路图如图所示：
；
根据电路图连接实物图，如图所示：
。
【点评】知道串联电路各用电器相互影响、不能独立工作，并联电路各用电器独立工作、互不影响是解决本题的关键。
类型二、电路故障分析
1.如图所示，常规电路故障包含电路断路和电路短路。
如图所示，是典型的串联电路故障情况分析：
【例5】如图电源电压为U，灯泡L1和L2的额定电压分别是U1和U2，电压关系为：U1＜U＜U2。闭合开关后两灯都发光；过一段时间后，一灯熄灭，一灯发光。经检查两灯泡中的某个灯泡发生了故障。则下列判断正确的是（ ）
A．灯泡L1发生短路B．灯泡L1发生断路
C．灯泡L2发生短路D．灯泡L2发生断路
【解析】由电路图可知，两灯泡串联，电流表测量电路电流；
A.若灯泡L1发生短路，则电路为L2的简单电路，灯泡L2两端电压等于电源电压，由于U＜U2，所以灯泡L1不发光，灯泡L2发光，故A正确；
BD.若灯泡L1发生断路或灯泡L2发生断路，则整个电路都不能工作，即两个灯泡均不工作，故BD错误；
C.若灯泡L2发生短路，则电路为L1的简单电路，灯泡L1两端电压等于电源电压，由于U1＜U，所以灯泡L1会被烧坏，烧坏后，两灯泡将都不发光，故C错误。
【答案】A。
【分析】根据电路图可知，两灯泡串联，电流表测量电路电流，闭合开关后两灯都发光，过一段时间后，一灯熄灭，一灯发光，根据串联电路中发生断路时整个电路不能工作判出故障不可能是断路；然后分析短路时灯泡两端电压，当灯泡两端电压大于其额定电压时，灯泡会被烧坏。
【例6】如图，闭合开关，灯泡不亮。在闭合开关且不拆开导线的情况下，将M接电源“+”极，N依次试触E、F、G接线柱，发现电压表示数前两次为零，第三次接近3 V。若故障只有一个，则可能是（ ）
A．电源没电B．开关断路C．灯泡断路D．灯泡短路
【解析】在闭合开关且不拆开导线的情况下，将M接电源“+”极，N依次试触E、F、G接线柱，发现电压表示数前两次为零，第三次接近3V，且故障只有一个。
N接G时电压表有示数，即断路在电压表并联的两点之间；N接E、F时，电压表无示数，说明断路在电压表并联的F点之外，所以可以判定断路在F点和G之间的电路上，则开关断路。
【答案】B。
【点评】本题主要考查了学生用电压表判断电路故障的方法，用电压表检验电路故障时，电压表有示数（一般等于电源电压），说明与之并联的导体发生断路或串联的导体发生短路；电压表无示数，说明与之并联的导体发生短路或串联的导体发生断路。
【例7】小强同学在探究串联电路电流规律的实验中，按如图连接好了电路，闭合开关S后，两灯均不发光．为检测出电路故障，他做了以下操作：将电压表接到b、c两点，观察电压表、电流表均无示数；将电压表接到a、b两点，观察电压表有明显示数，而电流表示数几乎为零，则电路故障可能是（ ）
A．灯L2断路B．灯L2短路
C．电流表烧坏了D．灯L1断路
【解析】（1）由题意可知，开关闭合后，两灯均不发光，电流表始终无示数，则电路故障为断路，故B错误；
（2）将电压表接到b、c两点，观察电压表无示数，说明电压表与电源两极间有断路，则L1之外存在断路；
将电压表接到a、b两点，观察电压表有明显示数，说明电压表与电源两极间是通路，则电流表和灯泡L1完好，所以是灯L2断路，故A正确，CD错误．
【答案】A。
【点评】本题考查了根据电流表和电压表的示数情况判断串联电路的故障，电流表示数为零说明故障是断路，电压表有示数，说明开路在电压表的两接线柱之间。
如图所示，是典型的并联电路故障情况分析：
【例8】如图所示，闭合开关S1、S2后，灯L1、L2均发光。一段时间后，只有一盏灯熄灭，电流表A的示数变为零，则下列判断正确的是（ ）
A．电路的故障可能是灯L1短路
B．电路的故障可能是灯L2断路
C．两灯发光时，L1、L2为并联
D．两灯发光时，L1、L2为串联
【解析】由图可知，闭合开关S1、S2后，灯L1、L2均发光，此时L1、L2并联；故C正确，D错误；
一段时间后，只有一盏灯熄灭，根据并联电路的特点可知，各支路互不影响，电流表示数为0，说明电流表的支路发生了断路现象，即电路的故障可能是灯L1断路，故AB错误。
【答案】C。
【点评】本题考查了学生利用电流表判断电路故障的分析能力，电路故障分短路和开路两种情况，平时做实验时试一试，多总结、提高分析能力。
2.家庭电路故障
（1）利用测电笔检测电路故障:①测电笔发光，说明测试点到火线是通路，此时灯泡不亮的原因是测试点到零线之间断路；②测电笔不发光，说明测试点到火线是断路。
如图所示，是典型的家庭电路中的常见故障。
如图甲所示，图中虚线框1中连入的是灯泡，虚线框2中连入开关和电灯，安装完毕后，闭合开关，电灯不亮，用试电笔分别测试a、b、c点时，试电笔的氖管都发光，则电路的故障情况分析如图乙所示。
【例9】如图为部分家庭电路图，只将电灯与电热壶接入家庭电路时，两者均正常工作，三孔插座上接入电饭堡后，电饭煲和电热壶均不工作，而电灯正常工作，拔出电饭煲的插头，用试电笔测三孔插座的左右两孔，氛管均不发光，此时电路故障是
A．间短路B．间短路C．间断路D．间断路
【解析】在三孔插座上接入电饭煲后，电热壶突然停止工作，灯仍正常发光，这表明电路出现了断路现象；灯仍正常发光，说明、左边的火线、零线均正常；而把测电笔分别插入三孔插座的左右两孔，氖管均不发光，说明火线出现了断路现象，因此是间发生了断路。
【答案】。
【点评】本题考查了用测电笔检测电路的故障，在正常情况下，测电笔测火线应亮，测零线应不亮。电热壶突然停止工作，灯仍正常发光，说明灯泡相连的火线和零线正常，但电路中一定出现断路；
测电笔测试三孔插座的左右两孔，氖管发光，说明两孔与火线是连通的，若不发光，说明与火线是断开的。
（2）利用检验灯检测电路故障:①若检验灯正常发光，则该用电器所在的支路是短路；②若检验灯发光较暗，则该用电器所在的支路正常；③若检验灯不发光，则该用电器所在的支路是断路。
（3）根据异常现象判断电路故障:①熔丝熔断，说明电路过载或短路，如果接通的是小功率用电器，则一定是短路；②空气开关自动断开(俗称“跳闸”)，可能是过载或短路。
【例10】小李同学晚上在家自修时把台灯的插头插入二孔插座，在台灯开关闭合的情况下，台灯不亮；他用测电笔测量台灯灯座的两端，发现测电笔的氖管均发光，而客厅的电灯正常发光。据此下列判断正确的是（ ）
A．电路一定有故障，零线断路了；台灯开关闭合时，台灯不亮，再用测电笔测台灯灯座的两端，测电笔的氖管均发光
B．电路一定有故障，零线断路了；台灯开关闭合时，台灯不亮，再用测电笔测台灯灯座的两端，测电笔的氖管一端发光，另一端不发光
C．电路可能没有故障，台灯的开关处于零线上；台灯开关闭合时，台灯亮，再用测电笔测台灯灯座的两端，测电笔的氖管仍均发光
D．电路可能没有故障，台灯的开关处于零线上；台灯开关闭合时，台灯亮，再用测电笔测台灯灯座的两端，测电笔的氖管一端发光，另一端不发光
【解析】根据题意可知，在台灯开关闭合的情况下，台灯不亮，而客厅的电灯正常发光，客厅电灯所在支路正常，这说明通过台灯所在的支路出现了断路现象（若台灯短路，则电源短路，客厅的电灯不发光）；
他用测电笔测量台灯灯座的两端，发现测电笔的氖管均发光，这说明台灯灯座的两端与火线之间是接通的，所以故障是台灯与零线之间断路了，故A正确。
故选A。
【分析】家庭电路中的用电器是并联的，在台灯开关闭合的情况下，台灯不亮，而客厅的电灯正常发光，这说明通过台灯所在的支路出现了断路现象；根据测电笔氖管的发光情况分析电路故障的原因。