广东省2024年中考物理一轮复习考点探究 学案 第13讲 电学专题（能力微专题1 电路故障分析）（含答案）

第13讲 电学专题（能力微专题1 电路故障分析）
【方法突破】
1.故障现象及原因
电路发生故障时表现为应当正常工作的用电器不能正常工作了。用电器不工作的根本原因是电流没有经过这个用电器。而电流不经过用电器的原因则是此电路发生断路或此用电器被短路了。
2.测试故障类型——用电流表
①断路时,由于没有电流经过该支路即I=0,所以当电流表串联在该电路中时表现为示数为“0”。②短路时,由于有电阻的用电器被没有电阻的导线短接,则该支路的电流要比正常值大,则当电流表串联在电路中表现为示数较大或超出量程。
3.测试故障所在——用电压表
①断路时,由于电流I=0,所以当电阻R为有限值时(不是断开处),根据欧姆定律U=IR得U=0,所以根据串联电路的特点,得到断开处的电压U≠0,即当电压表并联在断开处时电表有示数。②被短路时,由于R→0,则有U=IR得U→0,即当电压表并联在被短接部分的两端时电表无示数。
分析思路图解:
【核心演练】
1.如图所示,电源电压保持不变,开关S闭合后,电流表的示数为I0,电压表的示数为U0,电路正常工作一段时间后,电阻R1出现故障。若观察到电压表示数为零,电流表示数为3I0,则R1 (选填“断路”或“短路”),且R1 (选填“>”、“<”或“=”)R2。
2.如图所示的电路中,电源电压保持不变,R1、R2中有一个存在故障,闭合开关后,电压表示数为0 V,则故障可能是 。若用一个完好的电阻R替换R1,电压表示数仍不变,则电路中存在的故障是 。
3.按如图所示的电路研究电流与电压的关系。已知电源电压为6 V,R1为定值电阻,滑动变阻器R2标有“20 Ω　1 A”字样,电流表量程为0~0.6 A,电压表量程为0~15 V。回答下列问题:
(1)闭合开关后,电流表无示数,电压表示数接近电源电压,出现此故障的原因可能是 ;
(2)若R1=6 Ω,为保证电路安全,滑动变阻器允许连入电路的最小阻值为 Ω。
4.如图所示,电源电压保持不变,闭合开关S后,两灯均发光(设灯丝电阻不变),电压表示数为U,过一段时间后,突然两灯均熄灭,且有一个电表的示数变大,已知两灯中仅有一个出现了故障。请你判断故障情况是 ;若此时电压表的示数为4U,则小灯泡L1、L2的电阻之比为 ;排除故障后,将小灯泡L1、L2的位置互换,则示数一定不发生变化的是 (选填“电流表”、“电压表”或“电流表和电压表”)。
5.如图所示的电路中,电源电压保持不变,闭合开关S后,电路正常工作。过了一会儿,灯L熄灭,三个电表中只有一个电表的示数变大。电路中只有一处故障,且只发生在灯L或电阻R上。则下列判断正确的是 ( )
A.一定是灯L断路
B.一定是灯L短路
C.可能是电阻R断路
D.可能是电阻R短路
6.如图所示的电路中,电源电压恒为U,电阻R1、R2的阻值均为R0。闭合开关S,只有两个电表的指针发生偏转,若电路中仅有一处故障,且只发生在R1、R2上,则下列判断正确的是 ( )
A.R1断路,A的示数为 0,V1的示数为 U
B.R2断路,A的示数为 0,V1的示数为 U
C.R1短路,A的示数为,V1的示数为 0
D.R2短路,A的示数为,V1的示数为 0
7.如图所示的电路中,开关闭合后,两灯泡都发光,电表正常工作,一段时间后,由于灯L1短路(灯L2、电表不会烧坏),会有下面哪种情况发生 ( )
A.电流表示数变小 B.电压表无示数
C.电压表示数不变 D.电压表示数变大
8.如图所示,这是探究串联电路中小灯泡两端的电压与电源两端电压关系的电路图。已知电源电压为4.5 V,L1、L2为两个不同规格的小灯泡,当闭合开关S后两灯都不亮。用电压表进行测量时,测出A、B两点之间的电压为4.5 V,B、C两点之间的电压为零。若只有一处故障,则下列判断中正确的是( )
A.灯泡L1的灯丝断了
B.灯泡L2的灯丝断了
C.开关接触不良
D.灯泡L2被短路
9.在“探究电流与电阻的关系”的实验中,小明连接的实验电路如图甲所示。
实验次数 1 2
电阻R/Ω 5 10
电流I/A 0.40 0.20
(1)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于最 端。
(2)闭合开关后,发现电流表示数为零,电压表的示数如图乙所示,为 V;改变滑动变阻器滑片的位置,两电表指针的位置不变。电路中有一处故障,可能是 (选填序号)。
①电流表短路 ②电压表短路
③滑动变阻器断路 ④电阻R断路
(3)排除电路故障后,小明先后用5 Ω、10 Ω的定值电阻进行实验。实验中,通过 控制定值电阻两端的电压不变,得到的实验数据如表所示。小明据此得出结论:电流与电阻成反比。请指出实验存在的问题或需要改进的地方: 。
10.在“电阻的测量”的实验中,小华同学设计了如图甲所示的电路图。
(1)请根据电路图,用笔画线代替导线将图乙中的器材连接成完整电路。
(2)连好实验电路后,闭合开关,电流表无示数,电压表有较大的示数,电路故障可能是 (填序号)。
A.电压表断路 　B.电阻R断路
C.电压表短路 　D.电阻R短路
(3)排除故障后,闭合开关,将滑片P缓慢向右移动,电压表的示数将 (选填“增大”或“减小”)。
(4)为了赶时间,小华同学只做了一次测量,此时电压表的示数为1.5 V,电流表的示数如图丙所示,请把下列表格补充完整。
次数 U/V I/A R/Ω
1 1.5
(5)其他同学认为小华同学的做法不合理,理由是　 。
参考答案
1.短路　>
【解析】由图可知,该电路为串联电路,电流表测量电路中的电流,电压表测量R1两端的电压;开关S闭合后,电流表的示数为I0,电压表的示数为U0;电阻R1出现故障后,观察到电流表示数为3I0,这说明电路是通路,即电路故障是R1短路;由于电源电压不变,根据欧姆定律可知U=I0(R1+R2)=3I0R2;解得R1=2R2,即R1>R2。
2.R1短路或R2断路　R2断路
【解析】闭合开关后,电压表示数为0 V,说明没有电流通过电压表。原因可能是R1短路造成电压表短路或者R2断路造成整个电路断路。若用一个完好的电阻R替换R1,电压表示数仍为0,说明没有电流通过电压表和电阻R,则电路中存在的故障是R2断路。
3.(1)R1断路
(2)4
【解析】(1)电流表无示数,说明电路断路,电压表示数接近电源电压,说明电压表两接线柱到电源间是通路,所以故障可能是与电压表并联的定值电阻R1断路;(2)R1与R2串联,当电源电压一定时,R2接入电路的阻值越小,电路的总电阻就越小,电路中的电流就越大。比较R2允许通过的最大电流与电流表的量程可知,电路中允许通过的最大电流I=0.6 A,此时R2接入的阻值最小,由欧姆定律公式I=可得,电路的最小总电阻:R===10 Ω,R2的最小值:R2=R-R1=10 Ω-6 Ω=4 Ω。
4.L2断路　3∶1　电流表
【解析】由图可知,闭合开关S后,两灯串联,电压表测L2两端的电压,电流表测串联电路的电流;一段时间后,两灯均熄灭,已知两灯中仅有一个出现了故障,这说明电路故障为断路,所以电流表示数减小为0,电压表示数变大,此时电压表到电源为通路,则L1是完好的,故L2断路;当L2断路时,电压表测电源电压,所以电源电压U总=4U;当两灯串联均发光时,电压表测灯泡L2两端的电压,且U2=U,根据串联电路电压规律可知,此时灯泡L1两端电压U1=U总-U2=4U-U=3U,根据串联分压的规律可知,电阻两端的电压之比等于电阻之比,所以灯泡L1、L2的电阻之比为R1∶R2=U1∶U2=3U∶U=3∶1;两灯串联,电压表测L2两端的电压,电流表测串联电路的电流;若将小灯泡L1、L2的位置互换,两灯仍然串联,电流表仍然测串联电路的电流,由于电源电压保持不变,电路总电阻(R总=R1+R2)仍然保持不变,所以由欧姆定律可知电路中的电流不变,即电流表示数一定不发生变化;更换灯泡位置,此时电压表测L1两端的电压,虽然电路中电流不变,但两灯的电阻不同,由U=IR可知,电压表示数一定会发生变化。
5.C　【解析】根据电路图可知,该电路为串联电路,电流表测量电路中的电流;电压表V1测量电阻R两端的电压,电压表V2测量灯L两端的电压。若灯L断路,则电压表V2测量电源电压,示数增大,此时电路中的电流为0,电流表示数为0,根据U=IR可知,电压表V1示数减小为0;若R断路,则电压表V1测量的是电源电压,示数增大,此时电路中的电流为0,电流表示数为0,根据U=IR可知,电压表V2示数减小为0;若L短路,电路的总电阻减小,根据欧姆定律可知,电路中的电流变大,电流表示数变大,电压表V2测量一段导线两端的电压,示数为0,电压表V1测量电源电压,示数变大,若R短路,电路的总电阻减小,根据欧姆定律可知,电路中的电流变大,电流表示数变大;电压表V1测量一段导线两端的电压,示数为0,电压表V2测量电源电压,示数变大。综上所述,电阻R断路或灯L断路,都会造成灯泡不亮,三个电表中只有一个电表的示数变大,故C正确。
6.C　【解析】由图可知,该电路为串联电路,电流表测量电路中的电流,电压表V1测量R1两端的电压,电压表V2测量R2两端的电压。若 R1断路,则V1测电源电压,示数为U,V2与电源之间是断开的,示数为0,A的示数为0,所以只有一只电表的指针发生偏转,故A错误;若 R2断路,则V2测电源电压,示数为U,V1与电源之间是断开的,示数为0,A的示数为0,所以只有一只电表的指针发生偏转,故B错误;若 R1短路,则V1测量的是一段导线两端的电压,示数为0,V2测电源电压,示数为U,A的示数为,所以有两只电表的指针发生偏转,故C正确;若 R2短路,则V2测量的是一段导线两端的电压,示数为0,V1测电源电压,示数为U,A的示数为,故D错误。
7.B　【解析】由图可知:两灯泡串联,电流表测电路中的电流,电压表测L1两端的电压。当灯L1短路后,电路总电阻减小,电源电压不变,故电流增大,电流表示数增大;此时,电压表相当于接在导线两端,故电压表示数为零。故B正确。
8.A　【解析】已知两灯串联,闭合开关后,两灯都不亮,所以不可能是小灯泡短路,只能是断路;将电压表并联在L2两端时,电压表示数为0,说明B、C两点与电源间存在断路;将电压表并联到A、B两点时,电压表有示数,且等于电源电压,说明电压表与电源正、负极之间是接通的,所以故障是灯泡L1的灯丝断了,故A正确。
9.(1)右
(2)2.9　④
(3)调节滑动变阻器　结论要以电压不变为前提(或实验时要进行多次实验,使实验结论具有普遍性)
【解析】(1)如图,滑动变阻器接左半部分,滑片处于最右端时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,在电路中起保护电路的作用。
(2)电压表使用0~3 V量程,每一个大格代表1 V,每一个小格代表0.1 V,所以电压表的示数是2.9 V。
闭合开关后,电流表示数为零,说明电路是断路,两节干电池的电压是3 V,电压表的示数是2.9 V,并且移动滑动变阻器的滑片,电压表的示数不变,说明与电压表并联的部分断路,故选④。
(3)探究电流跟电阻的关系时,用滑动变阻器控制定值电阻两端的电压不变。
实验存在的问题或需要改进的地方:
A.实验过程中只做了两次实验,得到的实验结论具有偶然性,实验时要进行多次实验,使实验结论具有普遍性。
B.实验结论没有前提,探究电流跟电阻的关系时,要以电压不变为前提。
10.(1)
(2)B
(3)增大
(4)0.3　5
(5)根据一组数据求出的电阻阻值误差较大
【解析】(1)根据电路图,变阻器右下接线柱连入电路中。
(2)连好实验电路后,闭合开关,电流表无示数,电路可能断路,电压表有较大的示数,电压表与电源连通,电路故障可能是电阻R断路,选B。
(3)排除故障后,闭合开关,将滑片P缓慢向右移动,变阻器连入电路的阻值变小,由电阻的串联规律可知,电路的总电阻变小,由欧姆定律知,电路的电流变大,根据U=IR,电压表的示数将增大。
(4)电流表选用小量程,分度值为0.02 A,电流为0.3 A,由欧姆定律可得,R===5 Ω。
(5)只根据一组数据求出的电阻阻值误差较大。
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