初中物理电路简化和故障分析方法

初中物理电路简化和故障分析方法一、电路简化的基本原则第一：不计导线电阻，认定R线≈0。有电流流过的导线两端电压为0，断开开关两端可以测得电压（电路中没有其他断点）。第二：开关闭合时等效于一根导线；开关断开时等效于断路；可从电路两节点间去掉。开关闭合时有电流流过时，开关两端电压为0，断开时开关两端可以测得电压（电路中没有其他断点）。第三：电流表内阻很小，在分析电路的连接方式时，有电流表的地方可看作一根导线。第四：电压表内阻很大，在分析电路的连接方式时，有电压表的地方可视作断路，从电路两节点间去掉。第五：用电器（电阻）短路；用电器（电阻）和导线（开关、电流表）并联时，用电器中无电流通过，也可以把用电器从电路的两节点间拆除（去掉）。第六：电压表原则上要求并联在电路中，单独测量电源电压时，可直接接在电源两端，一般情况下，如果电压表串联在电路中，测得的是电源两端的电压，电流表直接接在电源两端会被烧坏，且让电源短路，烧坏电源。第七：如果导线上（节点之间）没有用电器（开关，电流表除外），那么导线上的各点可以看成一个点，可以任意合并、分开、增减。理清“短路”概念。在教材中，只给出了“整体短路”的概念，“导线不经过用电器直接跟电源两极连接的电路，叫短路。”而在电学综合题中常常会出现局部短路的问题，如果导线不经过其他用电器而将某个用电器（或某部分电路）首尾相连就形成局部短路。局部短路仅造成用电器不工作，并不损坏用电器，因此是允许的。因它富于变化成为电学问题中的一个难点。局部短路概念抽象，学生难以理解。可用实验帮助学生突破此难点。实验原理如图1，当开关S闭合前，两灯均亮（较暗）；闭合后，L1不亮，而L2仍发光（较亮）。为了帮助初中生理解，可将L1比作是电流需通过的“一座高山”而开关S的短路通道则比作是“山里的一条隧洞”。有了“隧洞”，电流只会“走隧洞”而不会去“爬山”。一、识别串联并联电路1.使用定义法识别串并联电路若电路中的各元件是逐个顺次连接起来的，则电路为串联电路，若各元件“首首相接，尾尾相连”并列地连在电路两点之间，则电路就是并联电路。2.使用电流流向法识别串并联电路从电源的正极（或负极）出发，沿电流流向，分析电流通过的路径。若只有一条路径通过所有的用电器，则这个电路是串联的（如图l所示）；若电流在某处分支，又在另一处汇合，则分支处到汇合处之间的电路是并联的（如图2所示）。电流流向法是电路分析中常用的一种方法。例1．分析下图所示电路中，开关闭合后，三盏灯的连接形式，并分析开关的作用。分析：用“电流流向法”来判断．在图甲所示的电路中，从电源的正极出发，电流依次通过了灯L1、L2和L3，电路中没有出现“分叉”，见图3的虚线所示，所以这三盏灯是串联的．在串联电路中，一个开关可以控制所有的用电器。为识别图乙所示电路的连接方式，可以先用虚线将电流通过的所有路径在图中画出来,在图中可看出，电流的流向是：由此可看出灯L1、L2和L3分别在三条支路上，所以这三盏灯是并联的。其中通过灯L1、L2的电流通过了开关S1，当开关S1断开时，灯L1、L2中没有电流通过，两灯熄灭，因此开关S1控制L1、L2两盏灯泡。开关S2在干路上，控制三盏灯。在如图所示电路中用“电流流向法”画出了图丙中的电流流向。见图4的虚线所示，电流有三条通路，且每一流线上只有一个用电器，则此电路为并联电路。开关S在干路上，控制三盏灯。3．使用节点法识别串并联电路节点法：就是在识别电路的过程中，不论导线有多长，只要其间没有电源、用电器等，导线两端点均可以看成同一个点，从而找出各用电器两端的公共点。以图丙为例，具体方法：先在图中各接点处用字母表示出来，如图5所示。由“节点法”可知，导线的a端和c端看成一个点，导线的b端和d端看成一个点，这样L1、L2和L3的一端重合为一个点，另一端重合为另一个点，由此可知，该电路有三条支路，并由“电流流向法”可知，电流分三条叉，因此这个电路是三盏电灯的并联，等效电路如下图所示。“节点法”主要用于不规范的复杂电路的识别，有一定的难度。识别电路也还有其他方法，但无论什么方法都需要同学们在加强练习的基础上不断总结识别电路的技巧。对于电路中有三个用电器，而只有两条电流路径的情况，那么就会有一个用电器在干路上，或者有两个用电器串联在一条支路上，这个电路一定是混联。这两种情况分别如图中甲、乙所示。4.使用拆除法识别串并联电路拆除法是识别较难电路的一种重要方法。它的原理就是串联电路中各用电器互相影响，拆除任何一个用电器，其他用电器中就没有电流了；而并联电路中，各用电器独立工作，互不影响，拆除任何一个或几个用电器，都不会影响其他用电器。例2.如图所示，两个灯泡通过灯座装在一个木匣子上，A、B、C、D分别是连接两灯泡灯座的接线柱。E、F两接线柱间接上电源后，两灯泡发光。如何判断两灯泡是串联还是并联？简要叙述你的判断过程。分析：根据串、并联电路特点进行分析．串联电路只有一个电流的路径，只要一处断开，整个电路断路，即其他用电器不能工作；并联电路有两个或两个以上电流的通路，其中一个支路断开，其他支路的用电器仍然工作，即各用电器件互不影响。因此可用断路法进行判断。答案：拧下一只灯泡，若另一只灯泡熄灭则两灯串联，否则两灯并联。二、利用电压表电流表查找电路故障第一：当用电压表去测某段电路两端的电压时，若电压表有示数，则说明电压表中有电流通过，或则说电压表的两个接线柱到电源之间是连通的，如果该电路中有开路，则开路处一定在电压表所并联的电路部分，此时电压表示数接近电源电压值。第二：若电压表无读数，则说明电压表中没有电流通过，可能的原因是：（1）电压表的接线柱接触不良，（2）被测电路短路：（3）被测电路以外有开路；（4）电压表损坏。最常见的是被测电路短路，此时相当于电压表被短路。第三：在用电压表检测电路中哪一段出现开路时，需将电压表与各段电路并联，如果电压表有示数，则开路处一定在电压表所并联的电路部分，如果无示数，表明被测电路以为有开路。第四：电流表示数过大，一般是短路造成的。第五：电流表无示数，可能是开路或所选量程过大，指针移动不容易观察。例题：1、如图所示，闭合开关S后，灯L1和L2都不亮，电压表有示数，则故障原因可能是（）A、灯L1短路B、灯L1断路C、灯L2短路D、灯L2断路2、如图所示的电路，电源电压不变，闭合开关S，灯L1和L2均发光．一段时间后，一盏灯突然熄灭，而电流表和电压表的示数都不变，出现这一现象的原因可能是（）A、灯L1短路B、灯L1断路C、灯L2短路D、灯L2断路3、如图所示的电路，闭合开关，两只灯泡都不发光，且电流表和电压表均没有示数．现仅将L1和L2两灯泡的位置对调，其它不变．再次闭合开关时，发现两只灯泡仍不发光，电流表指针仍然不动，但电压表的指针却有了明显的偏转．根据以上信息可以判断（）A、电流表损坏了B、灯泡L1的灯丝断了C、灯泡L2的灯丝断了D、电源接线处松脱4、如图所示，当开关S闭合时，发现电流表指针偏转，电压表指针不动．该电路的故障可能是（）A、灯L1的接线短路B、灯L2的接线短路C、灯L1的灯丝断了D、灯L2的灯丝断了5、小红在做“用滑动变阻器改变电流”的实验时，连好如图所示的电路，将滑动变阻器的滑片滑到最大阻值处，闭合开关s，发现小灯泡L不亮．接下来，以下做法最合理的是（）A、观察电流表的示数是否为零，判断电路是否断路B、断开开关s，更换额定功率更大的灯泡重新实验C、断开开关S，增加电池的个数重新实验D、断开开关S，拆掉导线重新连接电路三、有关“电路变化”分析不少同学反映“变化的电路难，不知从何下手”。这是因为分析变化的电路涉及的内容广，考虑的问题深。对电阻、电流强度、电压及电功率相互关系的分析，稍有不慎就会造成连错反应，得出错误的结论。这是电学综合问题的又一个难点。变化电路主要是通过开关或滑动变阻器的改变来富于电路变化的。电路中有多个开关，通过开关闭合和断开的状态变化，往往会使各用电器的连接关系发生变化，而滑动变阻器则通过滑片来改变其连入电路的有效电阻，从而使电路中的电压、电流、电功率等数值发生变化（也有改变电路结构的）。有关变化电路，应在学会识别“部分电路短接”和学会识别串并联电路的基础上，掌握分析变化电路的基本思路。1、开关的通、断造成电路的变化当开关处在不同状态时，由于断路和短路，接入电路中的用电器，及其用电器之间的连接方式一般要发生变化，因此首先要在原电路的基础上画出各种情况下的实际电路。改画时要根据电流的实际情况，运用“拆除法”。拆除法要求：⑴、去掉被断路的元件；⑵、去掉已被短路的元件；⑶、用“去表法”去表，其原则是“电压表处是断路，电流直过电流表”。在去掉电压表时，要分析电压表读出来的是哪部分电路两端的电压，可用等效电路法进行分析。例题：如图5所示电路中，电源电压保持4伏，L1的电阻为4欧，L2、L3的电阻均为16欧求：⑴、S1、S2都断开时，电流表和电压表的示数。⑵、S1、S2都接通时，整个电路消耗的电功率。例题分析：在题中的当开关处于闭合或断开的两种情况下电路结构发生了变化，可进行电路的改画，见图6。注：图中虚线部分是要去掉的部分。在用“去表法”去掉电流表电压表后，要分析它们分别测量哪一个用电器的哪一个物理量。电压表可借助于“等电位”进行分析。在图7中，红线、蓝线、黑线分别是三个“同电位点”，由图7中可见，L1与电压表V均加在蓝线与黑线之间，所以电压表是L两端的电压。解：当S1、S2都断开时，L1、L3串联。电流表读数电压表读数当S1、S2都接通时，L2、L3并联。总电阻总功率2．滑动变阻器变化问题滑动变阻器连入电路中的有效电阻发生变化了，或是引起电路结构的变化，或是引起电路中电压、电流、电功率的变化。典型例题：如图8所示电路中，电源电压不变，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电流表和电压表的示数变化情况是[]A、电流表和电压表的示数变大；B、电流表和电压表的示数变小；C、电流表示数变小，电压表示数变大；D、电流表示数变大，电压表示数变小。有关滑动变阻器的此类型问题，解题关键是：⑴、弄清滑动变阻器原理，滑片滑动时电阻是变大还是变小？⑵、弄清物理量是否变化，一般来说，电源的电压，定值电阻的阻值是不变，其它的物理量都是变化的；⑶、弄清电压表读数读出的是哪一个电器两端的电压；⑷、利用表格整理分析问题的思路。上例题表格分析如下：有关R1有关R2总电路关系电流I1I2I？串联电流相等电压U1？U总不变U总=U1+U2电阻R1不变R2↑R总R总=R1+R2由电阻横向关系可知，因R1不变，R2变大，故R总将变大；再由总电路纵向关系可知，R总变大，U总不变，故I将变小（电流表读数）；因串联电路电流相等I1=I；再由有关R1纵向关系可知，I1变小，R1不变，故U1将变小（电压表读数变小）。