2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十四章 恒定電流 五、電功和電功率(備課資料).doc

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●備課資料 一、電功和電熱 二、電功率 三、電路故障的分析與判斷 電路故障的種類很多，本文主要分析由于短路或斷路造成的故障.電路故障分析試題是一種考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析物理問題的試題，在高考中經(jīng)常出現(xiàn). 1.串聯(lián)電路的故障分析 用電器串聯(lián)在一起工作時(shí)，由于某個(gè)或幾個(gè)電路元件出現(xiàn)了故障，就會(huì)造成其他用電器無法工作或不能正常工作的局面.判斷和分析這類故障經(jīng)常采用電壓表測(cè)電壓的方法，現(xiàn)分兩種情況討論如下： 1.1 串聯(lián)電路中有一處故障 分析思路：首先要判斷電源能否工作.具體的做法是：將電壓表接在電源的兩端，測(cè)電源的端電壓，若端電壓不為零，說明電源能工作. 其次，判斷用電器可能出現(xiàn)的故障. 用電器短路故障的判斷：用電壓表測(cè)用電器的電壓，若U=0，所對(duì)應(yīng)的用電器短路. 用電器斷路故障的判斷：用電壓表測(cè)用電器的電壓，若U=0，說明該用電器完好，若U≠0，則該用電器斷路. 2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十四章 恒定電流 五、電功和電功率(備課資料) ［例1］（上海高考題）圖1中L1、L2是兩個(gè)相同的乳白色的小燈泡，額定電壓均為3 V.E是一電源，電動(dòng)勢(shì)為6 V.電路接通后燈泡不亮，而導(dǎo)線和各連接點(diǎn)的接觸均良好.給你一個(gè)電壓表（量程0~3~15 V），要求在不斷開電路的情況下，查出是哪一個(gè)器件已損壞.試述操作步驟（不討論有兩個(gè)或三個(gè)器件同時(shí)損壞的情況）. 分析：由題意知，這是一個(gè)斷路故障，首先將電壓表接在電源的兩端，若有示數(shù)，說明電源工作正常，反之則電源損壞.在電源工作正常的前提下，將電壓表接在L1兩端，若示數(shù)為零，則L2損壞，若不為零，則L1損壞. 圖2 ［例2］（上海高考題）在做“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，有位同學(xué)按如圖2所示電路進(jìn)行連接，他共有6根導(dǎo)線，即aa′、bb′、cc′、dd′、b′e和df，由于混進(jìn)了一根內(nèi)部斷開的導(dǎo)線，所以當(dāng)他按下開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)電表的指針都不偏轉(zhuǎn).他用多用電表電壓檔測(cè)量ab′間電壓時(shí)，讀數(shù)約為1.5 V（已知電池電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V）.為了確定哪一根導(dǎo)線的內(nèi)部是斷開的，可以再用多用電表的電壓檔測(cè)量_________兩點(diǎn)間的電壓，如果約為1.5 V，則一定是_______導(dǎo)線斷開；如果是_______V，則一定是_______導(dǎo)線斷開. 分析：將電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器和導(dǎo)線dd′、cc′等看成是電源的一部分，因?yàn)閍b′間電壓為1.5 V，說明電源和上述各部分電路都是正常的，內(nèi)部斷開的電線只有可能是aa′或bb′.為此，可以再利用多用電表的電壓檔測(cè)量aa′兩點(diǎn)間的電壓，如果約為1.5 V，則一定是導(dǎo)線aa′斷開；如果是0 V，則一定是導(dǎo)線bb′斷開. 同理，也可以通過測(cè)量bb′間的電壓來進(jìn)行判斷. 1.2 串聯(lián)電路中有兩處或兩處以上的斷路故障 分析思路：首先判斷電源是否工作.將電壓表接在電源的兩端，測(cè)電源的端電壓，若端電壓不為零，說明電源能工作.其次判斷用電器的斷路故障. 圖3 如圖3所示電路，將電壓表的一個(gè)接線柱與電源的一端相連（在此我們選擇a），另一接線柱與c相連，測(cè)Uac，若Uac≠0，說明用電器1正常，若Uac=0，則用電器1斷路. 若Uac≠0,則再測(cè)Ucd、Uce,出現(xiàn)電壓等于零的地方就是用電器斷路的地方. 若Uac=0，則更換用電器1或?qū)⒂秒娖?短路，然后繼續(xù)測(cè)量Uad、Uae…,找到第二個(gè)斷路的位置，排除故障. 無論有幾個(gè)電路元件出現(xiàn)斷路故障，都可以依此思路進(jìn)行分析、判斷. 2.混聯(lián)電路的故障分析 混聯(lián)電路出現(xiàn)故障時(shí)，要緊緊抓住短路和斷路的電路特點(diǎn)，即短路相當(dāng)于某用電器電阻變?yōu)榱悖瑪嗦废喈?dāng)于某用電器電阻增為無限大，結(jié)合串、并聯(lián)電路的基本關(guān)系進(jìn)行分析.其基本的分析思路為： 首先,確定用電器的連接方式，畫出等效電路圖. 其次，假設(shè)某一用電器發(fā)生電路故障（短路或斷路），根據(jù)外電路的總電阻隨用電器電阻的變化而變化的特點(diǎn)，確定電路總電阻的變化. 第三，根據(jù)閉合電路的歐姆定律I=確定電路總電流的變化. 第四，根據(jù)路端電壓公式U=E－Ir確定電源端電壓的變化. 第五，根據(jù)部分電路的歐姆定律確定各支路電流、電壓的變化，做出判斷. ［例3］（全國高考題）在如圖4所示的電路中，燈泡A和B都是正常發(fā)光的，忽然燈泡B比原來變暗了一些，而燈泡A比原來變亮了一些，試判斷電路中什么地方出現(xiàn)了斷路的故障（設(shè)只有一處出了故障）. 圖4 分析：如果R1出現(xiàn)斷路，則兩個(gè)燈泡的亮度變化趨勢(shì)肯定是相同的，所以不是R1出現(xiàn)故障.假設(shè)R2出現(xiàn)斷路故障，則相當(dāng)于R2的電阻增至無限大，則電路的總電阻變大.由閉合電路的歐姆定律知，電路的總電流減小，路端電壓增大，所以通過R1的電流變大；因?yàn)榭傠娏鞯扔赗1、燈泡B、R3通過的電流之和，則IB+I3的電流減小，由此知UB減?。欢穗妷旱扔赨A+UB，所以燈泡A的電壓增大.由以上分析知，若R2出現(xiàn)斷路故障，將造成電路中的A燈變亮、B燈變暗，與題述情況完全一致，所以是R2出現(xiàn)斷路故障. ［例4］如圖5所示的電路中，閉合電鍵，燈L1、L2正常發(fā)光.由于電路出現(xiàn)故障，突然發(fā)現(xiàn)燈L1變亮，燈L2變暗，電流表的讀數(shù)變小，根據(jù)分析，發(fā)生的故障可能是 A.R1斷路 B.R2斷路 C.R3短路 D.R4短路 圖5 圖6 分析：作出等效電路圖如圖6所示. 假設(shè)R1斷路，則電路的總電阻變大，總電流變小，路端電壓增大；因?yàn)镽2、R3、R4和L2所組成的混聯(lián)電路沒有變化，則總電流減小導(dǎo)致它們整體的分壓減小，即L2的電壓變小，燈L2變暗，同時(shí)電流表的示數(shù)減??；再根據(jù)路端電壓增大知L1分壓增大，故燈L1變亮.選項(xiàng)A正確. 再依次假設(shè)R2斷路、R3短路、R4短路，分別利用上述思路進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)本題只有選項(xiàng)A是正確的. ［例5］某同學(xué)按如圖7所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電壓表內(nèi)阻可看做無限大，電流表內(nèi)阻可看做零. 圖7 由于電路發(fā)生故障，發(fā)現(xiàn)兩電壓表示數(shù)相同了（但不為零），若這種情況的發(fā)生是由用電器引起的，則可能的故障原因是________. 分析：外電路先是由RP和R2串聯(lián)，再和R3并聯(lián)，最后和R1串聯(lián)組成的.兩電壓表示數(shù)相同，說明RP和R2整體的分壓與R3的分壓一樣，顯然只有兩種可能性：一是RP發(fā)生短路故障，相當(dāng)于一根導(dǎo)線；二是R2發(fā)生斷路故障. 在有電表的電路里，電表的示數(shù)變化是分析電路故障的重要依據(jù)之一.