高考物理实验电学故障类问题解析

昵称3826483 2013-12-06

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高考物理实验电学故障类问题解析

吉林省吉林松花江中学　朱振栋

　　电路故障是做电学类实验时经常遇到的现象之一，那么遇到电路故障问题应该如何处理？怎么判断电路故障出在什么地方？这类问题既考查了学生的观察、实验能力及分析、判断、解决实验问题的能力，也体现了新课标对实验探究能力的考查。下面对这类问题借助于历届高考试题解析如下：

　　例1（1986年全国高考物理题）在如图1所示的电路中，灯泡A和B都是正常发光的。忽然灯泡B比原来变暗了一些，而灯泡A比原来亮了一些。试判断电路中什么地方出现了断路故障？

　　解析　由部分电路欧姆定律，灯泡A两端的电压和电阻R₂两端的电压相等，即I_AR_A=I₂R₂，由于A灯比原来变亮，说明A灯中电流I_A比原来增大了。只能是电阻R₂变大即断路所致。若R₂断路，则流过灯泡A与灯泡B和R₂并联支路的电阻比未断以前增大了，流过B灯中电流减小，所以B灯会比原来变暗了一些。由分析可知，R₂出现了断路故障。

　　说明：本题考查了通过灯泡的亮度变化推测电路故障问题。考查了理论联系实验的能力。

　　例2（1997年全国高考物理题）在图2电路的三根导线中，有一根是断的，电源、电阻器R₁、R₂及另外两根导线都是好的．为了查出断导线。某学生想先将多用表的红表笔连接在电源的正极a，再将黑表笔分别连接在电阻器R₁的b端和R₂的c端，并观察多用表指针的示数。在下列选档中，符合操作规程的是（）

　　A．直流10V档

　　B．直流0．5A档

　　C．直流2．5V档

　　D．欧姆档

　　解析：多用电表的欧姆档是在断开电源情形下来测量元件电阻用的。本题电源没有断开，所以选用欧姆档来测量是错误的，排除D。在使用多用电表的电流档测电流时，要先大致估算一下电路中的电流大小，另外多用电表也要串联在电路中，所以B错误，排除B。由于电源电压是6V，在电路断路的情形下，断路处的路端电压等于电源电压，所以应该选用10V档，而不是2．5V档。由上分析正确选项为A。

　　说明：本题综合考查了多用表的使用，包括使用方法、档位、量程选择等正确操作规程。

　　例3（2000年全国高考物理题）图3所示为一电路板示意图，a、b、c、d为接线柱，a、d与220 V的交流电源相连接，ab间、bc间、cd间分别连接一电阻。发现电路中没有电流，为检查故障，用一交流电压表分别测b、d两点间以及a、c两点间的电压均为220 V，由此可知（　　）

　　A．ab间电路通，cd间电路不通

　　B．ab间电路不通，bc间电路通

　　C．ab间电路通，bc间电路不通

　　D．bc间电路不通，cd间电路通

　　解析：因为该电路是一个串联回路，电路中若没有电流，说明电路处于断路状态。断路处两端的路端电压等于电源电压。对于断路部分因无电流。也就没有电压。由题意测得b、d两点间交流电压为220V，说明ab间电路是通路，排除B。又由于测得a、c两点间的交电压也为220V，说明cd间电路是通的，排除A。所以正确选项为C、D。

　　说明：本题考查了利用交流电压表的读数推断电路故障。考查了学生处理实验问题的能力。

　　例4(2000年上海高考物理题)某同学按如图4所示电路进行实验，实验时该同学将变阻器的触片P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示：

序号	A₁示数（A）	A₂示数（A）	V₁示数（V）	V₂示数（V）
1	0．60	0．30	2．40	1．20
2	0．44	0．32	2．56	0．48

将电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零。

　　（1）电路中ε、r分别为电源的电动势和内阻，R₁、R₂、R₃为定值电阻，在这五个物理量中，可根据上表中的数据求得的物理量是（不要求具体计算）______________。

　　（2）由于电路发生故障，发现两电压表示数相同了（但不为零），若这种情况的发生是由用电器引起的，则可能的故障原因是____________________。

　　解析：该电路可等效为图5，从图5可以看出该电路由两个回路组成：回路1由电源正极—电流表A₂—电阻R₃—电流表A₁-—电阻R₁—电源负极组成。回路2由电源正极—滑动变阻器R_P—电阻R₂—电流表A₁—电阻R₁—电源负极组成。

　　电流表A₁测得的电流示数是回路的总电流；电流表A₂测得的电流示数是回路1支路的电流。流过R₂的电流（回路2）可由电流表A₁的示数减去电流表A₂的示数得到。又电压表内阻看作无限大，电流表内阻看作零。电压表V₁的电压示数等于电阻R₃两端的电压，同时也是电阻R₁与电源（ε、r）串联后两端共有的电压。

　　由上分析：（1）流过电阻R₂的电流，和R₂两端的电压由表中数据已知，可求得R₂；流过R₃的电流和两端的电压也由表中数据知道，所以R₃可求；设电流表A₁的读数为N，电压表V₁的读数为U，电源内阻为r，由闭合电路欧姆定律，得ε=U+I（R₁+r），式中把R₁+r看用电源内阻。由电流表A₁、电压表V₁的两次读数代入上式，可求得电源电动势ε。所以由表中数据可求得的物理量是R₂、R₃、ε。、

　　（2）将电路简化为图6，若两电压表示数相同了（但不为零），说明①只有R_P短路，两电压表的示数才能相同；②只有电阻R₂断开，两电压表的示数才能相同。

　　说明：本题综合考查了电压表和电流表的应用，根据两表观测数据来分析可求的物理量，以及应用电压表的示数相等来推断电路故障。考查了学生解决实验问题的能力。

　　例5（07年重庆高考物理题）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中。用导线a、b、c、d、e、f、g和h按。按图7所示方式连接电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零。闭合开关后：

　　①若电压表的示数为2 V，电流表的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为_________；

　　②若电压表的示数为零，电流表的示数为0．3 A，小灯泡亮，则断路的导线为_________；

　　③若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为____________。

　　解析：①“电压表有读数，电流表读数为零，灯泡不亮”，说明从电源正极构成回路的导线开始f、a、b、c、e、h是接通的，只有d、g、两根连线中有一根断开。如果只是导线g断开，滑动变阻器接成限流电路，灯泡可能会亮，此时电压表应该有示数，与题意不符。所以，只有d导线断开，才能满足三个条件。

　　②“电压表的示数为零，电流表的示数为0．3 A，小灯泡亮”说明电路中的导线f、a、b、c、d、e是导通的，只有g、h二根导线中有一根是断的。若g导线是断开的，h导线是导通的，电压表应该有示数与题意不符，所以h导线是断开的。

　　③“调节滑动变阻器，灯泡亮度有变化，两表读数不能调为零”，说明导线b、c、d、e、h 是导通的，故障出在与滑动变阻器相连的三根导线a、g、f中，若a、f导线中有一根导线是断开的，则整个电路无电流，所以a、f不能断，只有g是断开的。

　　本题考查了利用电压表和电流表的示数变化来推测电路可能出现的故障，是一道理论联系实际的问题。考查了学生的解决实际问题能力。

　　例6（05年上海高考物理题）两实验小组使用相同规格的元件，按右图电路进行测量。他们将滑动变阻器的滑片P分别置于a、b、c、d、e五个间距相同的位置（a、e为滑动变阻器的两个端点），把相应的电流表示数记录在表一、表二中。对比两组数据，发现电流表示数的变化趋势不同。经检查，发现其中一个实验组使用的滑动变阻器发生断路。

　　（1）滑动变阻器发生断路的是第_____实验组，断路发生在滑动变阻器_____段。

　　（2）表二中，对应滑片P在X（d、e之间的某一点）处的电流表示数的可能值为：

　　（A）0．16A （B）0．26A

　　（C）0．36A （D）0．46A

　　解析：由题意知，电流表A的示数是由滑动变阻器来控制的，而滑动变阻器接入电路的阻值是由滑动变阻器的滑片P分得的两部分Pa、Pe并联构成的。

　　（1）因a、b、c、d、e五个间距相同的位置（a、e为滑动变阻器的两个端点），当滑片P由a—b-c—d-e变化过程中，由对称性知，滑片在c位置时阻值最大，两侧变小。由欧姆定律知，电流表的示数变化规律是大—小--大。即电流表的示数中间c位置最小，两侧（a、e）最大，且有对称性。通过观察表一、表二可以看出，表一符合这一规律，所以滑动变阻器发生断路的是第二实验组。又由于b、d两点电流数值差别较大，d点电流值比c点还小，说明当滑动变阻器的滑片P滑到d-e之间某点时，电流经滑动变阻器上面部分流过，并且该部分电阻一定小于a-b部分电阻，故障发生在d-e这一段，所以断路发生在滑动变阻器d-e段某点。