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，該類試題既能考查學生對串并聯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電路的電流電壓規律為抓手，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頻率較高，學生通常不容易拿分，大多數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電路的電流電壓規律來解釋電表示數情況，不能夠從電表的示數情況來判斷電路故障，分析和推理能力有所欠缺。

一、 串聯電路故障

活動一：串聯電路故障中電表示數情況。

圖1開關閉合后，燈泡不亮，電流表示數幾乎為0，電壓表有明顯示數。燈泡不亮、電流表示數幾乎為0在教學中通常解釋為由于出現了斷路?？蓪W生的疑惑是既然斷路，為何電壓表有明顯示數且接近電源電壓。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，此時會發現電流值約為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，因電壓表的電阻遠大于燈泡，根據串聯分壓規律，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、電壓表示數都為0。從圖中可知，電壓表外側出現了斷路，導致非常微弱的電流也無法產生。

圖3開關閉合后，燈泡發光，電流表有明顯示數，電壓表示數幾乎為0。電壓表示數幾乎為0的原因是電壓表測量的是導線兩端的電壓，因導線的電阻太小，所以分得的電壓也太小。

活動二：通過以上實驗現象和產生原因分析就可以來解決以下串聯電路故障。

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

分析：由圖4可知，兩只燈泡串聯，突然兩只燈泡同時熄滅，且電流表示數幾乎為0，可判斷出此電路出現了斷路故障;根據電壓表示數變大接近電源電壓，說明電壓表兩接線柱外側電路為通路，則說明內側出現了斷路。電壓表內側是燈泡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發光，電流表、電壓表均有明顯示數，突然兩燈均熄滅，電流表、電壓表示數都為0，造成此現象的原因可能是（）

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，突然兩只燈泡同時熄滅，電流表示數為0，可判斷出此電路出現了斷路故障;再根據電壓表示數為0，說明電壓表兩接線柱外側電路出現了斷路，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發光，電流表、電壓表均有明顯示數，突然一燈泡熄滅，電流表示數變大，電壓表示數幾乎為0，造成此現象的原因可能是（）

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，突然一燈泡熄滅，電流表示數變大，說明電路中沒有出現斷路故障，又因為電壓表示數幾乎為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發光，電流表、電壓表均有明顯示數，突然一燈泡熄滅，電流表示數變大，電壓表示數也變大，造成此現象的原因可能是（）

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，突然一燈泡熄滅，電流表示數變大，說明電路中沒有出現斷路故障，又因為電壓表示數變大，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，開關閉合后調節滑動變阻器接入的阻值，準備讀取電流表示數時，發現兩電表示數突然都變為0。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，發現電流表有示數，電壓表示數仍為0;當將該導線兩端分別接到c、f接線柱上，發現電壓表有示數，電流表示數仍為0;則由此可以判斷故障是：_____。

分析：本題給出的是實物連接圖，我們可將它先轉化成電路圖如圖6，可知待測電阻與滑動變阻器串聯，準備讀數時，兩表示數突然變為0。因電流表示數為0說明此電路出現了斷路故障;因電壓表示數也為0，說明電壓表外側電路出現了斷路故障，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，發現電流表有示數，電壓表示數仍為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，發現電壓表有示數，電流表示數仍為0，電壓表有示數，說明從f→a→b→c部分電路是通路。

綜合上述現象和推理說明，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，電壓表有示數則外通內斷，電壓表無示數則外部斷路;在短路故障中，電壓表示數幾乎為0，則內部短路，電壓表示數變大則外部短路。

二、 并聯電路故障

活動三：并聯電路故障。如圖10將開關閉合，有學生猜想L1因為被短路而不發光，L2能夠發光。實際情況是兩燈都不發光，即兩燈都被短路了。原因是導線和燈泡并聯，根據歐姆定律可得，1/R總=1/R內線+1/R1+1/R2，并聯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、L2兩燈均正常發光，電流表和電壓表均有示數。過一會兒，其中一只燈泡突然熄滅，兩個電表示數均不變，假設故障是由其中某只燈泡引起的，則造成此現象的原因可能是（）

A. L1短路 B. L2短路 C. L1斷路 D. L2斷路

分析：根據電路可知兩燈泡并聯，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，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即可，無電流那一支路為斷路的支路。

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

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。