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《电路动态和电路故障分析专题》初三物理


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初三 物理 电路故障和动态电路分析专题 电路故障和动态电路分析专题
电路动态分析题和电路故障分析题是初中学生物理学习过程中的一个难点,其原因是 这两类题目对学生有较高的能力要求。 进行电路故障分析, 要以电路动态分析能力作为基础, 而电路故障分析又是电路动态分析的载体, 因此我们将这两类分析题整合成一个专题进行复 习有利于提高复习的效率。在编排顺序中,我们以电路动态分析作为主线,而将电路故障作 为电路动态变化的一个原因。 一、滑动变阻器的滑片 P 的位置的变化引起电路中电学物理量的变化 1.串联电路中滑动变阻器的滑片 P 的位置的变化引起的变化 [例 1]如图 1,是典型的伏安法测电阻的实验电路图,当滑片 P 向右移动时,请你判断 例 A 表和 V 表的变化。 分析: “→”表示引起电路变化; 分析:本题中,为了分析表达的简洁,我们约定一套符号: “↑”表示物理量增大或电表示数增大; “↓”表示物理量减小或电表示数减小。 P 右移→R2↑→R 总↑→I↓→A 表↓。 R1 不变→IR1↓→U1↓→V 表↓。 ) (判断 V 表的变化还可以根据串联电路的分压原理来分析:R2↑→U2↑→U1↓→V 表↓。 扩展:根据串联电路的特点,滑动变阻器 R2 两端的电压 U2 将 ↑。推论:如果滑动变 扩展 阻器 R2 足够大, 当滑片 P 向右一直滑动时, 电阻将不断增大, 那么 U2 将不断增大, 1 将 U 不断减小,I 将不断减小。假设 R2 无限大,这时 U2 将增大到电源电压,U1 将变为 0,I 也将变为 0,这时的电路就相当于断路。这就是用电压表来判断电路断路和短路的道理。 [变式训练题 变式训练题]参考上图,在伏安法测电阻的实验中,若由于各种原因,电压表改接在滑 变式训练题 动变阻器的两端,当滑片 P 向左移动时,请判断 A 表和 V 表的变化。

图1 图2 图3 [例 2]如图 2,当滑片 P 向左移动时,A 表和 V 表将如何变化。 例 分析: 分析:首先要确定电路的类型,此电路属于串联电路呢还是并联电路。我们可以将电流 表简化成导线,将电压表简化成断开的电键或干脆拿掉。此时可以容易地看出,这是一个串 联电路。而且发现滑动变阻器的滑片已经悬空,滑动变阻器接成了定值电阻,所以 A 表示 数不变。 电压表在本电路中,是测量 R1 和 R2 部分电阻之和的电压,当滑片 P 向左移动时,被跨 接在电压表内的电阻随着变小,根据分压原理:V 表示数减小。 [变式训练题 如图 3,当滑片 P 向左移动时,A 表和 V 表将如何变化。 变式训练题] 变式训练题 [例 3]在如图 4 所示电路中,当闭合电键后,滑动变阻器的滑动片 P 向右移动时 例 ( ) (A)安培表示数变大,灯变暗。 (B)安培表示数变小,灯变亮。 (C)伏特表示数不变,灯变亮。 (D)伏特表示数不变,灯变暗。 分析:将电流表等效为一根导线,可以看到电压表直接测量电源电压,因此当滑动变阻 器的滑动片 P 向右移动时,电压表的示数将不会变化;而电阻 R 的阻值变大,小灯的电阻

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RL 大小不变(注意:在初中阶段,小灯的电阻由于温度的变化引起的变化往往忽略不计) , 因此总电阻变大,电流变小,所以电流表示数变小。从串联电路的分压角度分析,小灯两端 所以小灯的发光将变暗。 本题正确答案为 D。 的电压也将变小, 小灯的功率 P=ULI 也将变小, [变式训练题 在如图 5 所示电路中,当闭合电键后,滑动变阻器的滑动片 P 向右移动 变式训练题] 变式训练题 时( ) (A)伏特表示数变大,灯变暗。 (B)伏特表示数变小,灯变亮。 (C)安培表示数变小,灯变亮。 (D)安培表示数不变,灯变暗。

图4 图5 图6 图7 2.并联电路中滑动变阻器的滑片 P 的位置的变化引起的变化 [例 4]如图 6,当滑片 P 向右移动时,A1 表、A2 表和 V 表将如何变化? 例 分析:并联电路各支路两端电压相等,等于电源电压,故电压表 V 示数不变。 由于并联电路各支路独立工作,互不干扰,滑动变阻器滑片 P 向右移动时,对 R1 这条 支路没有影响,所以电流表 A1 示数不变。 滑片 P 右移,R2 变大,两端电压不变,故电流变小,干路中电流也随之变小,所以 A2 示数也会变小。 [变式训练题 如图 7,当滑片 P 向右移动时,A1 表、A2 表和 V 表将如何变化? 变式训练题] 变式训练题 二、电键的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化 1.串联电路中电键的断开或闭合引起的变化 [例 5]在如图 8 所示的电路中,将电键 K 闭合,则安培表的示数将______,伏特表的示 例 数将________(均填“变大”、“变小”或“不变”)。 分析:在电键尚未闭合前,两个电阻组成串联电路。电压表测量 R1 两端的电压,电键 K 闭合后,电阻 R2 被局部短路,电压表变成测量电源两端的电压了,因此电压表的示数将 变大。在电键尚未闭合前,电流表测量的是串联电路的电流值,由于此时电阻较大,故电流 较小;电键 K 闭合后,电阻 R2 被局部短路,电路中的电阻只有 R1 了,因此电流表的示数 将变大。 [变式训练题 变式训练题]在如图 9 所示的电路中,当电键 K 断开时,电阻 R1 与 R2 是________联连 变式训练题 接的。电键 K 闭合时,电压表的示数将________(选填“变小”、“不变”或“变大”)。

图8 图9 图 10 2.并联电路中电键的断开或闭合引起的变化 [例 6] 在图 10 中,灯泡 L1 和灯泡 L2 是______联连接的。当电键 K 断开时,电压表的 例 示数将________;电流表的示数将__________(选填“增大”、“不变”或“减小”)。 分析:本题的难度首先在电路的识别,我们可以将电流表看作导线,将电压表拿去,

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就容易看出这个电路是“并”联电路。电流表是串联在小灯 L1 的支路中的,所以电键闭合 时,电流表的示数从 0 变到有读数,应该选填“增大” 。电压表是测量电源电压,而且不受 电键控制,所以示数“不变” 。 [变式训练题 在图 11 中,灯泡 L1 和灯泡 L2 是______联连接的。当电键 K 断开时,电 变式训练题] 变式训练题 压表的示数将________;电流表的示数将__________(选填“增大”、“不变”或“减小”)。

图 11 图 12 图 13 三、电路的故障引起电路中电学物理量的变化及故障原因分析 [例 7]在图 12 中,当电键 K 闭合后,两只小灯泡发光,电压表示数为 4 伏。过了 2 分 例 钟,电压表示数为 0,经检查除小灯泡外其余器材的连接良好,请分析造成这种情况的原因 可能有:_____________________。 分析:电压表示数为 0,其原因有三:1.电压表没有接好或电压表损坏;2.小灯 L2 短路; 3.小灯 L1 断路。起先,电压表有示数,说明不存在原因 1 的情况。那么还有两种情况都是 可能的。答案为:小灯 L2 短路;小灯 L1 断路。 [变式训练题 在如图 13 所示的电路中,电源电压等于 6 伏,合上电键后电压表示数为 变式训练题] 变式训练题 6 伏。经分析得出,电路中可能发生的情况是:______________________________。 [例 8] 在如图 14 所示的电路中,电源电压不变。闭合电键 K 后,灯 L1、L2 都发光。一 例 段时间后,其中一灯突然熄灭,而电流表、电压表的示数都不变,则产生这一现象的原因可 能是( ) (B)灯 L2 短路。 (C)灯 L1 断路。 (D)灯 L2 断路。 (A)灯 L1 短路。 分析:可以采用排除法。小灯 L2 短路,会导致电压表示数变小、电流表示数变大;小 灯 L2 断路,会导致电流表示数变 0;小灯 L1 短路,会导致两灯都不亮;一灯熄灭而电表示 数都不变,只有小灯 L1 发生断路时才有此可能。本题正确答案为 C。 [变式训练题 在图 15 所示的电路中,电源电压不变。闭合电键 K,电路正常工作。一段 变式训练题] 变式训练题 时间后,发现其中一个电压表示数变大,则 ( ) (A)灯 L 可能变亮。(B)灯 L 亮度可能不变。(C)电阻 R 可能断路。(D)电阻 R 可能短路。

图 14 图 15 图 16 [例 9] 在图 16 所示的电路中,电源电压不变。闭合电键 K 后,灯 L1、L2 都发光,— 例 段时间后,其中的一盏灯突然变亮,而电压表 Vl 的示数变小,电压表 V2 的示数变大,则产 生这一现象的原因是 ( ) (A)灯 L1 断路。 (B)灯 Ll 短路。 (C)灯 L2 断路。 (D)灯 L2 短路。 分析:属于电路故障分析题。 “—段时间后,其中的一盏灯突然变亮”排除了电路出现 断路的情况,那么,故障现象只有发生短路了。电压表 V2 的示数变大,是小灯变亮的原因, 一定是小灯 L2 突然变亮; 电压表 Vl 的示数变小说明小灯 L1 发生了短路。 本题正确答案为 B。

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专题练习
1. 图 17 中,A、B、C、D 是滑动变阻器的四个接线柱。若将 A、C 分别与图中电路的导 线头 M、 相连接, N 闭合电键后, 当滑动片 P 向右移动时, 安培表的示数将______(填“变 大”、“不变”或“变小”);若将 D 与 N 相连接,接线柱______与 M 相连接,则闭合电键 后,滑动片 P 向左移动时,伏特表的示数增大。

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图 17 图 18 图 19 在如图 18 所示的电路图中,当电键 K 闭合时 ( ) (A) 整个电路发生短路。(B)电流表示数变小。 (C)电流表示数不变化。(D)电流表示数变大。 在图 19 所示的电路中,当电键 K 闭合时,灯 L1、L2 均不亮。某同学用一根导线去查找 电路的故障。他将导线先并接在灯 L1 两端时发现灯 L2 亮,灯 L1 不亮,然后并接在灯 ) L2 两端时发现两灯均不亮。由此可以判断 ( (B)灯 L1 短路。 (C)灯 L2 断路。 (D)灯 L2 短路。 (A)灯 L1 断路。 如图 20 所示,电阻 R1 的阻值为 20 欧,R2 为 40 欧,当电键 K 断开时,电流表 A 的示 数为 0.1 安,则电源电压为______伏。若电键 K 闭合时,电流表 A 的示数为______安。

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图 20 图 21 图 22 在图 21 所示的电路中,电源电压为 6 伏。当电键 K 闭合时,只有一只灯泡发光,且电 压表 V 的示数为 6 伏。产生这一现象的原因可能是 ( ) (A)灯 L1 短路。 (B)灯 L2 短路。 (C)灯 L1 断路。 (D)灯 L2 断路。 如图 22 所示,当滑片 P 向右移动时 ( ) (A)电流表 A 示数不变,电压表 V 示数不变。 (B)电流表 A 示数不变,电压表 V 示数变大。 (C)电流表 A 示数变小,电压表 V 示数变大。 (D)电流表 A 示数变小,电压表 V 示数不变。 如图 23 所示,闭合电键 K,当滑动变阻器的滑片 P 向右移动时,电流表 A 的示数将 ________(选填“变小”、“不变”或“变大”)。

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图 23 图 24 在电路中,发生了如图 24 所示的现象,已知电路中只有一处故障,且除两个灯泡外其 余部分均完好,现有导线、电压表、电流表,在不拆开电路的情况下,请挑选合适的器

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材判断电路的故障,写出两种判断方法,包括所用器材、观察到的现象和结论: ___________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________。

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