2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊 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生靈活運用所學知識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，由于某個或幾個電路元件出現(xiàn)了故障，就會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：用電壓表測用電器的電壓，若U=0，所對應的用電器短路. 用電器斷路故障的判斷：用電壓表測用電器的電壓，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 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，電動勢為6 V.電路接通后燈泡不亮，而導線和各連接點的接觸均良好.給你一個電壓表（量程0~3~15 V），要求在不斷開電路的情況下，查出是哪一個器件已損壞.試述操作步驟（不討論有兩個或三個器件同時損壞的情況）. 分析：由題意知，這是一個斷路故障，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“測定電池的電動勢和內(nèi)電阻”的實驗時，有位同學按如圖2所示電路進行連接，他共有6根導線，即aa′、bb′、cc′、dd′、b′e和df，由于混進了一根內(nèi)部斷開的導線，所以當他按下開關S后，發(fā)現(xiàn)兩個電表的指針都不偏轉.他用多用電表電壓檔測量ab′間電壓時，讀數(shù)約為1.5 V（已知電池電動勢約為1.5 V）.為了確定哪一根導線的內(nèi)部是斷開的，可以再用多用電表的電壓檔測量_________兩點間的電壓，如果約為1.5 V，則一定是_______導線斷開；如果是_______V，則一定是_______導線斷開. 分析：將電壓表、電流表、滑動變阻器和導線dd′、cc′等看成是電源的一部分，因為ab′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量aa′兩點間的電壓，如果約為1.5 V，則一定是導線aa′斷開；如果是0 V，則一定是導線bb′斷開. 同理，也可以通過測量bb′間的電壓來進行判斷. 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或將用電器1短路，然后繼續(xù)測量Uad、Uae…,找到第二個斷路的位置，排除故障. 無論有幾個電路元件出現(xiàn)斷路故障，都可以依此思路進行分析、判斷. 2.混聯(lián)電路的故障分析 混聯(lián)電路出現(xiàn)故障時，要緊緊抓住短路和斷路的電路特點，即短路相當于某用電器電阻變?yōu)榱?，斷路相當于某用電器電阻增為無限大，結合串、并聯(lián)電路的基本關系進行分析.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，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（設只有一處出了故障）. 圖4 分析：如果R1出現(xiàn)斷路，則兩個燈泡的亮度變化趨勢肯定是相同的，所以不是R1出現(xiàn)故障.假設R2出現(xiàn)斷路故障，則相當于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；因為總電流等于R1、燈泡B、R3通過的電流之和，則IB+I3的電流減小，由此知UB減小；而端電壓等于UA+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R1斷路，則電路的總電阻變大，總電流變小，路端電壓增大；因為R2、R3、R4和L2所組成的混聯(lián)電路沒有變化，則總電流減小導致它們整體的分壓減小，即L2的電壓變小，燈L2變暗，同時電流表的示數(shù)減?。辉俑鶕?jù)路端電壓增大知L1分壓增大，故燈L1變亮.選項A正確. 再依次假設R2斷路、R3短路、R4短路，分別利用上述思路進行分析，結果發(fā)現(xiàn)本題只有選項A是正確的. ［例5］某同學按如圖7所示電路進行實驗，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，相當于一根導線；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.