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4.1 断路故障(L2)

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 电路中某处断开,导致电流无法形成闭合回路,电路中无电流,用电器不工作。

从哪来 基于 4.2 电流的测量(L1-L2) 中电流表无示数的现象,结合 5.1 电流与电压、电阻的关系(L2) 中电流产生的条件(闭合回路+电压),以及 1.2 电压的测量(L1-L2) 中电压表串联在断路处测电源电压的特性推导而来。

为什么 电流的形成需要两个条件:一是电源提供电压,二是电路处处连通形成闭合回路。当电路某处断开(如灯丝烧断、接触不良),电路的总电阻理论上趋于无穷大。根据欧姆定律 $I=U/R$,当 $R \to \infty$ 时,$I \to 0$。此时,电流表无示数,用电器不工作。若电压表并联在断路点两端,由于电压表内阻极大,它实际上串联在电路中,分担了几乎全部电源电压,因此示数接近电源电压。

适合类型:形象思维强、喜欢生活类比的学生** **讲法内容:** 把电路比作一条“水管系统”。电源是水泵,导线是水管,用电器是水轮机。 1. **正常状态
水管连通,水(电流)流动,水轮机转动。 2. 断路状态:水管中间裂开或阀门关死(断路)。 - 结果:水不再流动(电流为0),水轮机停转。 - 关键细节:如果你在裂口处接一个极细的管子(电压表),虽然水几乎不流,但裂口两端的水压差(电压)依然存在,且等于水泵提供的总水压。这就是为什么电流表没读数,但电压表有读数。
适合类型:逻辑推理强、偏好数学逻辑的学生** **讲法内容:** 利用极限思维分析电阻变化。 1. 设电路总电阻 $R_{total} = R_{load} + R_{wire} + R_{fault}$。 2. 正常时,$R_{fault} \approx 0$,电流 $I = U / R_{total}$。 3. 断路时,$R_{fault} \to \infty$。 4. 根据 $I = U / (R_{load} + \infty)$,得出 $I \to 0$。 5. **电压分布
在串联电路中,电压分配与电阻成正比。断路点电阻无穷大,因此电源电压 $U$ 几乎全部分配在断路点两端。若电压表并联在断路点,测得即为 $U$;若并联在完好用电器两端,因电流为0,$U_{load} = I \times R_{load} = 0$。
适合类型:动手能力强、喜欢实验探究的学生** **讲法内容:** “故障侦探”实验法。 1. **现象观察
闭合开关,灯泡不亮,电流表无示数。 2. 工具使用:拿起电压表,像侦探一样去“询问”电路各部分。 - 测灯泡两端:示数为0 $\rightarrow$ 说明灯泡没分到电压,故障不在灯泡内部(或者灯泡短路,但结合电流表无示数排除短路)。 - 测开关两端:示数为0 $\rightarrow$ 开关没分到电压。 - 测断路点(如断开的导线两端):示数等于电源电压 $\rightarrow$ 锁定故障点。 3. 结论:电压表有示数且等于电源电压的地方,就是断路发生的地方。
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练一道
基础题
如图所示,电源电压为6V。闭合开关S后,灯泡L不亮,电流表示数为0,电压表示数为6V。则电路故障可能是( ) A. 灯泡L短路 B. 灯泡L断路 C. 滑动变阻器短路 D. 滑动变阻器断路
变式
在如图所示的电路中,电源电压保持不变。闭合开关S,灯L1、L2均不发光,电流表无示数,电压表有示数。若将电压表并联在L1两端,示数为0;并联在L2两端,示数等于电源电压。则故障是( ) A. L1短路 B. L1断路 C. L2短路 D. L2断路
看解答过程
1. 分析电流:电流表示数为0,说明电路中没有电流,排除短路故障(短路通常电流很大),确定是断路故障。排除A、C。 2. 分析电压:电压表并联在灯泡L两端,示数为6V(等于电源电压)。 3. 推理:如果滑动变阻器断路(D选项),整个电路断开,电压表无法与电源两极连通,示数应为0。 4. 结论:只有当灯泡L断路时,电压表串联在电路中,测量的是电源电压,且由于电压表内阻极大,电流极小(电流表视为0),符合题意。
试试手自己判
检测题
如图所示,电源电压为4.5V。闭合开关后,小灯泡不亮,电流表无示数,电压表(并联在灯泡两端)示数为4.5V。此时,若用一根导线并联在灯泡两端,会出现什么现象? A. 灯泡发光,电流表有示数 B. 灯泡不亮,电流表无示数,电压表示数为0 C. 灯泡不亮,电流表无示数,电压表示数为4.5V D. 电源短路,电流表烧坏
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
1. 故障诊断正确:学生能判断出原电路是灯泡断路(依据:电流表无示数,电压表测得电源电压)。
2. 操作后果分析正确:学生能理解用导线并联在断路的灯泡两端,相当于将断路点“短接”修复,电路重新闭合。
3. 现象预测准确:
- 电路接通,电流表应有示数(排除B、C的“无示数”描述,但需结合选项细节)。
- *修正分析*:等等,题目问的是“若用一根导线并联在灯泡两端”。
- 原故障:灯泡断路。
- 操作:导线并联在灯泡两端。
- 结果:导线将断路点连通,电路变成通路。电流流过导线(绕过灯泡),灯泡被短路(或者说断路被导线弥补,但灯泡本身坏了,即使通电也不亮,且导线电阻极小,电流走导线)。
- 此时:电流表有示数(电路通了)。灯泡不亮(因为断路没修好,只是被导线旁路了,或者灯泡本身损坏)。电压表并联在导线两端,导线电阻极小,分压几乎为0。
- 让我们重新审视选项。
- A. 灯泡发光?不可能,灯泡断了。
- B. 灯泡不亮,电流表无示数?不对,导线接通了电路,电流表应该有示数。
- C. 灯泡不亮,电流表无示数?同上,不对。
- D. 电源短路?如果电路中只有灯泡和电流表,导线并联在灯泡两端,确实相当于导线直接连在电源两端(忽略电流表内阻),这是电源短路。

*自我纠错*:题目描述“电源电压4.5V...电压表并联在灯泡两端示数4.5V”。这确认了灯泡断路。
如果此时用导线并联在灯泡两端:
1. 导线电阻极小。
2. 电路变为:电源 -> 电流表 -> 导线 -> 回到电源。
3. 这是一个典型的电源短路模型(假设电路中无其他保护电阻)。
4. 后果:电流极大,电流表可能烧坏,电源发热。

让我们看选项D:“电源短路,电流表烧坏”。这是最符合物理事实的。

*再次检查选项B*:如果题目隐含电路中还有滑动变阻器或其他电阻,那么导线并联在灯泡两端,灯泡被短路,电流表有示数,电压表(测导线电压)示数为0。但题目未提及滑动变阻器,通常初中物理题若未提及,默认只有灯泡。若只有灯泡,导线并联即电源短路。

*为了严谨,假设这是一道考察“故障排除”的题,通常会有保护电阻。但既然没给,按最危险情况D处理,或者考察电压表读数变化。*

让我们换一个更清晰的检测题,避免歧义。

**替换检测题:
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