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4.3 故障分析综合(L2-L3)

欧姆定律及其应用 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 通过电路现象(灯亮灭、电表读数)逆向推导电路结构故障(断路或短路)的综合分析过程。

从哪来 基于 2.1 串联电路电压规律、2.2 并联电路电压规律、6.1 串联电路综合规律 及 6.2 并联电路综合规律,结合 4.2 电流的测量 与 1.2 电压的测量 的读数特征进行逻辑推理。

为什么 电路故障本质是电阻状态的突变(断路 $R \to \infty$ 或短路 $R \to 0$)。根据欧姆定律 $I=U/R$ 和串并联分压/分流原理,电阻变化必然导致电流和电压分布发生特定改变。例如串联电路中某处断路,电流路径切断,电流为零,但电压表若并联在断路处,因其内阻极大,会分担几乎全部电源电压。理解这一因果链条,才能从现象反推故障。

讲法
“断路优先,短路次之”排除法。 适合:逻辑思维较强,但容易混淆概念的学生。 步骤: 1. 看电流表:若示数为0,大概率是断路(或电源故障);若示数很大或正常,大概率是短路。 2. 看电压表: - 若电流为0,电压表有示数且接近电源电压 $\to$ 电压表并联部分断路。 - 若电流为0,电压表无示数 $\to$ 电压表并联部分以外断路(或电压表本身断路)。 - 若电流正常/变大,电压表无示数 $\to$ 电压表并联部分短路。 - 若电流正常/变小,电压表有示数 $\to$ 其他部分断路或短路(需结合具体串并联判断)。 口诀:“有流无压是短路,无流有压是断路(指被测部分)”。
“电压表位置决定论”**。 **适合:空间想象力好,擅长图形分析的学生。** 核心观点:电压表在故障分析中是“探针”。 1. **串联电路
电压表测谁,谁的状态就决定电压表读数。 - 测断路处:电压表串联进电路,因内阻极大,分得全部电压 $\to$ 示数 $\approx U_{电源}$。 - 测短路处:相当于测导线电压 $\to$ 示数 $= 0$。 - 测完好处:电路不通(因他处断路),无电流,无分压 $\to$ 示数 $= 0$。 2. 并联电路: - 支路断路:该支路无电流,干路电流减小,其他支路电压不变(仍为电源电压)。 - 支路短路:电源被短路,所有支路电压变为0,电流极大(烧坏电源/电流表)。 - 干路断路:全电路无电流,所有电压表无示数。
讲法
“极端假设法”。 适合:对抽象推理感到困难,喜欢动手验证的学生。 方法: 1. 假设故障发生(如 $L_1$ 断路)。 2. 在脑海中或草稿纸上画出等效电路: - 断路 $\to$ 画成断开的开关。 - 短路 $\to$ 画成一根导线。 3. 重新分析新电路: - 电流表还能形成回路吗?(判断电流表读数) - 电压表两端分别接在什么电势点?(判断电压表读数) 4. 将推导结果与题目现象对比,一致则假设成立,不一致则排除。 *注意:此法最稳妥,但速度较慢,建议作为验算手段。*
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练一道
基础题
如图所示,电源电压恒定。闭合开关S后,灯 $L_1$ 不亮,灯 $L_2$ 亮,电流表有示数,电压表(并联在 $L_1$ 两端)示数为0。则电路故障可能是( ) A. $L_1$ 断路 B. $L_1$ 短路 C. $L_2$ 断路 D. $L_2$ 短路
变式
如图所示,电源电压为6V。闭合开关S,灯 $L_1$、$L_2$ 均不亮,电流表无示数。电压表并联在 $L_1$ 两端时,示数为6V;并联在 $L_2$ 两端时,示数为0V。则故障原因是( )
试试手自己判
检测题
如图所示,电源电压不变。闭合开关S,两灯均不亮,电流表无示数。电压表并联在 $L_1$ 两端时,示数为0V;并联在 $L_2$ 两端时,示数为电源电压。则故障是( ) A. $L_1$ 断路 B. $L_1$ 短路 C. $L_2$ 断路 D. $L_2$ 短路
看答案和判分标准
答案:C
判对标准:
1. 学生能指出电流表无示数说明电路断路。
2. 学生能解释:电压表测 $L_2$ 时有示数(等于电源电压),说明电压表两端到电源两极是通的,断路点就在 $L_2$ 处。
3. 学生能解释:电压表测 $L_1$ 时无示数,是因为 $L_2$ 断路导致整个回路不通,电压表无法连接到电源负极(或正极),故无示数。
4. 若学生仅选对答案但无法解释“为什么测 $L_1$ 是0V”,判为半对,需补充讲解电压表回路连通性。
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