2020年春基于核心素养中考物理特色专题——电路故障问题含解析

2020年春基于核心素养中考物理特色专题——电路故障问题
一、电压表问题引起电路故障分析
（一）电压表示数为零的情况
1.电压表测量的用电器发生短路
一灯亮一灯不亮，电流表有示数；
2.干路用电器发生断路
两灯都不亮，电流表无示数；
3.电压表故障或与电压表连线发生断路
两灯都亮，电流表有示数
（二）电压表示数等于电源电压的情况
1.电压表测量的用电器发生断路
两灯都不亮，电流表无示数
注：此时不能把电压表看成断路，而把它看成是一个阻值很大的电阻同时会显示电压示数的用电器，由于电压表阻值太大，根据串联电路分压作用，电压表两端几乎分到电源的全部电压，电路中虽有电流但是很微弱，不足以使电流表指针发生偏转，也不足以使灯泡发光。如果题目中出现“约”、“几乎”的字眼时，我们就锁定这种情况。
2.干路用电器发生短路
一灯亮一灯不亮，电流表有示数
二、电流表无读数引起电路故障分析
电流表有示数说明和电流表串联的电路是通路；电流表没有示数则有两种情况：
1.断路；
2.电路中电流太小，不足以使电流表指针发生偏转（例如：电压表与电流表串联）
3.用电流表判断电路故障例题及其解析
三、电路元件问题引起电路故障分析
四、电源被短路问题引起电路故障分析
【例题1】在如图所示的电路中，闭合开关S，两灯均正常发光；一会儿后，一灯突然熄灭，另一灯仍正常发光，且电压表、电流表示数均不变．下列判断正确的是（　　）
A．L1短路 B．L1断路 C．L2短路 D．L2断路
【答案】B．
【解析】此题考查了用电流表、电压表来判断电路故障，对两表的用法和特征要会运用．关键要正确理解断路和短路的含义．分析电路知，两只灯泡并联，电压表测并联电路的电压，电流表测L2的电流．并联电路的特点是：各用电器工作状态互不影响．根据电流表、电压表在电路中特征来判断．
A．L1短路，则造成电源两极相连，电源短路，电压表、电流表示数均为零．故A不合题意；
B．L1断路，L2支路不受影响，电流表示数不变，电压表示数仍等于电源电压．故B符合题意；
C．L2短路，则电直接接在了电源两极，被烧坏，无示数．故C不合题意；
D．L2断路，则电压表直接测电源电压，示数不变，电流表示数为零．故D不符合题意．
【例题2】如图所示是小刚同学测定小灯泡电功率的电路图，当闭合开关时，发现灯L不亮，电流表有明显示数，电压表示数为零，若故障只出现在灯L和变阻器R中的一处，则下列判断正确的是（　　）
A．灯L断路 B．灯L短路
C．变阻器R断路 D．变阻器R短路
【答案】B
【解析】小灯泡不发光说明灯泡短路或灯泡断路或滑动变阻器断路，电流表有示数，安说明电路不可能是断路，是短路，滑动变阻器短路时，灯泡会发光，故电路中存在的故障可能是小灯泡短路，电压表测量的是一段导线两端的电压，电压为0，B正确,选B。
【例题3】在如图所示的电路中，R1=R2，电键S闭合后，电路正常工作，电流表和电压表的示数分别为I0，U0，过一段时间后一个电表示数变大，一个电表示数变小。已知电路中仅有一处故障，且只发生在电阻R1、R2上，请根据相关信息写出电表的示数及相应的故障。　　、　　。
【答案】电压表示数为2U0，电流表示数为0，说明R1断路；
电压表示数为0，电流表示数为2I0，说明R1短路。
【解析】原电路中，两电阻串联，电压表测R1的电压（小于电源电压），根据分压原理，两电阻的电压相等，由串联电路电压的规律，电源电压U=2U0，
电流表测电路中的电流，由电阻的串联和欧姆定律，电流表示数：
I0=U/( R1+ R2) = U/ R12﹣﹣﹣﹣﹣①：
（1）若R2短路，则电压表测电源电压2U0，电压表示数变大，此时为R1的简单电路，
电流表示数：I′=U/ R1=2I0﹣﹣﹣﹣②
由①②电流表示也变大，与一个电表示数变大，一个电表示数变小不符合，故故障不可能是R2短路；
若R2断路，整个电路断路，两表都没有示数，两表示数都变小，故故障不可能是R2断路；
（2）已知电路中仅有一处故障，故故障只能是R1断路或短路，
若R1断路，电压表串联在电路中测电源电压，示数电源电压U=2U0，电压表示数变大；
电流表示数为0，电流表示数变小；符合题意；
若R1短路，电压表示数为0，电压表示变小，电路为R2的简单电路，由欧姆定律，电流表示数为：I″=U/ R2=2I0，电流表示数变大，符合题意；
综上：电压表示数为2U0，电流为0，说明R1断路；
电压表为0，电流表示数为2I0，说明R1短路。
一、选择题
1.某同学家的电灯均正常工作，当他把“220V 16W”的台灯插入插座后，闭合台灯开关，室内电灯全部熄灭. 发生这一现象的原因可能是
A. 插座处短路 B. 台灯灯头处短路
C. 插座处断路 D. 台灯灯头处断路
【答案】B
【解析】本题考查家庭电路故障问题。如果是断路，则只会影响到台灯，不会影响到其他灯，故C、D错误；如果是插座处短路，则不用等到闭合开关就会导致保险丝烧断室内点灯全部熄灭，所以A错误；灯头处短路符合题中所述情景，闭合开关之后，保险丝被烧断，室内点灯全部熄灭，故选B。
2.如图所示，开关闭合，两个灯泡都不发光，电流表指针几乎不动，而电压表指针有明显偏转，该电路故障可能是（　　）
A．电流表开路，并且L1、L2灯丝断了
B．L1灯丝断了
C．灯泡L2开路
D．灯泡L1短路
【答案】B
【解析】闭合开关两灯都不亮，原因有两个：断路或短路。已知两灯串联都不亮，所以不可能是一灯短路，只能是断路。
A．如果电流表开路，两只灯泡L1、L2灯丝断了不能发光，电压表、电流表无示数。不符合题意；
B．如果灯泡L1灯丝断了，两只灯泡都不发光，电流表无示数，电压表测量电源电压指针偏转。符合题意；
C．如果灯泡L2开路，两只灯泡都不发光，电压表、电流表都无示数。不符合题意；
D．如果灯泡L1短路不能发光，L2能够发光。不符合题意。
3.如图所示，闭合开关后两灯不亮，用电压表先后测得UAD=UAC=UAB=4.5V，则故障可能是（　　）
A．灯L1发生断路 B．灯L2发生断路 C．灯L1发生短路 D．灯L2发生短路
【答案】A
【解析】本题考查了用电压表检测电路的故障。当电压表所测的那部分电路断路，电压表与电路串联，分担电源电压，要注意辨别。
电路发生断路时，当电压表的正负接线柱与电源两极相连时，电压表有示数，否则无示数。
由题意可知，闭合开关后两灯都不亮，测得UAD=UAC=UAB=4.5V，说明电源电压为4.5V；
A．若灯L1发生断路，电压表并联在L1两端时与电源相通由示数且等于电源电压，故A符合题意；
B．若灯L2发生断路，电压表并联在L2两端时与电源不相通，没有示数，故B不符合题意；
C．若灯L1发生短路，电压表同时被短路没有示数，灯泡L2发光，故C不符合题意；
D．若灯L2发生短路，灯泡L2发光，电压表有示数，故D不符合题意。
4.如图所示电路，电源电压保持不变。下列说法正确的是（　　）
A．同时闭合开关S1和S3，则电路会出现短路
B．同时闭合开关S1和S2，则R2被短接，只有R1接入电路
C．只闭合开关S1，则R1与R2串联；再将滑片P向左移，电路的总功率变大
D．同时闭合开关S2和S3，则R1与R2并联；再将滑片P向左移，电路的总电阻变小
【答案】ACD
【解析】A．由图知，同时闭合开关S1和S3，导线将电源两极连接起来，则电路会出现短路，故A正确；
B．同时闭合开关S1和S2，则R1被短接（被短路），只有R2接入电路，故B错误；
C．只闭合开关S1，则R1与R2串联；再将滑片P向左移，变阻器连入电路中的电阻变小，根据电阻的串联规律，总电阻变小，根据P=可知，电路的总功率变大，故C正确；
D．同时闭合开关S2和S3，则R1与R2并联；再将滑片P向左移，变阻器连入电路中的电阻变小，根据电阻的并联规律，电路的总电阻变小，故D正确。
5.如图所示，闭合开关S后，发现电灯L不亮，且保险丝没有熔断．用试电笔测试灯头的两端C、D，发现这两处都能使试电笔的氖管发光，再用试电笔测试B处氖管不发光．若电路中只有一处故障，则（　　）
A．AC段某处断路 B．BD段某处断路 C．电灯L断路 D．电灯L短路
【答案】B
【解析】解决此题要知道保险丝没有熔断，说明没有发生电流过大的情况；测量火线氖管发光，证明进户火线正常；测量零线不发光，说明零线也正常．
A．AC段某处断路时，则试电笔接触D点时，氖管不发光，故A错误；
B．BD段某处断路，则试电笔接触CD点时，氖管发光，接触B点时不发光，故B正确；
C．电灯L断路，则试电笔接触D点时，氖管不发光，故C错误；
D．电灯L短路，则电源短路，电路中电流过大，保险丝会熔断，与题意不符，故D错误．
6.小雅同学在做电学实验时，不小心将电压表和电流表的位置互换了，如图所示，如果此时将开关闭合，则（　　）
A．两表都可能被烧坏
B．两表都不会被烧坏
C．电流表不会被烧坏
D．电压表不会被烧坏，电流表可能被烧坏
【答案】D．
【解析】电流表的电阻很小，相当于一段导线，将电压表和电流表位置接反了，电流表直接接到电源两极上，电路就是短路．
将电压表和电流表位置接反了，如图所示，此时电流表直接接到电源两极上，造成电源短路；通过电流表的电流会很大，电流表将被烧坏；由于是电源短路，没有电流通过电压表，所以，电压表不会烧坏．
7.如图所示的电路，闭合开关S，灯泡L1，L2均不发光，且电流表?和电压表?指针均指在零刻度．现将灯泡L1和L2位置对调，其余元件位置不变，重新闭合开关S时，发现两只灯泡仍不发光，电流表?指针仍然不动，但电压表?的指针发生了明显偏转，依据上述信息可以判断（　　）
A．灯泡L1的灯丝断了 B．灯泡L2的灯丝断了
C．电源接线处松脱 D．电流表损坏了
【答案】B．
【解析】分析电路图可知，两只灯泡串联，闭合开关，两只灯泡都不亮，电流表无示数，说明电路中有断路；电压表无示数，说明电压表两端到电源的正负极之间有断路；将电灯L1、L2的位置对调，闭合开关，电流表无示数，说明电路中有断路；电压表有示数，说明电压表两接线柱到电源的正负极之间是通路．
闭合开关，两只灯泡都不亮，电流表无示数，说明电路中有断路；电压表无示数，说明电压表两接线柱到电源的正负极之间有断路，则可能是灯泡L2的灯丝断了或电流表损坏了；
将灯泡L1、L2的位置对调，闭合开关，电流表无示数，说明电路中有断路；电压表有示数，说明电压表两接线柱到电源的正负极之间是通路，则与电压表并联的支路发生断路，即灯泡L2的灯丝断了，故ACD错误，B正确．
二、填空题
8.在图中所示电路中，电源电压恒为6V．闭合S后，发现两个小灯泡（均标有”3V 1W“）都不亮，用电压表测得Uac=Ubd=6V，如果电路中的各段导线及连接处均无问题且故障只有一处，那么电路故障是　　（须指明那个元件出了什么故障）；如果此时用电压表去测灯泡L1两端电压，则电压表的示数为　　．
【答案】灯泡L2灯丝断；0V．
【解析】闭合开关灯泡不亮，原因有两个：断路或短路．其中若一个灯泡短路，另一只灯泡会发光，此题中两灯都不亮，只能发生断路．
将电压表接在ac两点之间时，示数为6V，说明除灯泡L1、L2以外的电路是通路；将电压表接在bd两点之间时，示数为6V，说明除灯泡L2和滑动变阻器以外的电路是通路．由上知滑动变阻器是完好的，所以故障原因为灯泡L2灯丝断了．因为L1是完好的，如果此时用电压表测灯泡L1两端电压，电压表示数为零．
9.在如图所示的电路中，电源电压为U，己知电路中仅有一处故障，且只发生在电阻R1、R2上，电键S闭合前后，电压表指针的位置不变，请根据相关信息写出电压表的示数及相应的故障． ．
【答案】若电压表的示数为U，说明R2断路或R1短路；若电压表的示数为0，说明R1断路；
【解析】从两个方面分析：若电压表有示数说明闭合开关前后，电压表与电源的两端相连，据此定出故障所在；若电压表无示数说明闭合开关前后，电压表与电源的两端不相连，据此确定出故障所在．
①若闭合开关前，电压表有示数，说明电压表通过R1与电源的两极连通，此时电压表的示数为电源电压U；闭合开关后，电压表指针的位置不变，即电压表仍然测电源电压，则故障可能是R1短路了（R1不分压），也可能是R2断路（此时电压表串联在电路中测电源电压）．
②若闭合开关前，电压表无示数，说明电压表与电源的两极不相连，则故障为R1断路；
闭合开关后，电压表指针的位置不变，即电压表仍然无示数，也说明是R1断路．