物理中考的电路故障分析,电流表与电压表的示数显示,与断路与短路的关系

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物理中考的电路故障分析,电流表与电压表的示数显示,与断路与短路的关系

2023-05-26 03:10| 来源: 网络整理| 查看: 265

在中考物理中,常有利用电流表、电压表的示数显示或变化,来判断电路故障,而此种类型的题目看似简单,但其中的规律如果没有深透的话,那么常常出错不单单在所难免,而且最令人头痛的是:有时做对了,好像不知为何做对了,做错了也不知错在哪里,一切似是而非。

一、预备知识1:物理学中的短路和断路

1、【短路】——短路是指电路或电路中的一部分被短接。初中物理中经常碰到的是电源短路和用电器短路:

电源短路——即电流不经过任何用电器,直接由正极经过导线流回负极。特别容易烧坏电源。

用电器短路——也叫部分电路短路,此时用电器的电阻相当于“0”,即是R=0。如下图,可以把L2称为短路。

2、【断路】——断路(开路)是指处于电路没有闭合开关,或者导线没有连接好,或用电器烧坏,即整个电路在某处断开的状态。如下图,都可以称为断路。

二、预备知识2:电压表电流表的连接方式

电压表——并联在电路中。

电流表——串联在电路中。但不能直接连接到串联电路中,否则电流表可能烧坏。

 三、判断电流表有、无示数

1、电流表无示数

断路的情况:如下图,如果电流表A2与所测电器L2组成的支路是“断开”的,则此电流没有经用电器L2,即此支路电流是0,所以电流表A2无显示。

其他支路短路的情况:如下图,L1支路短路,造成L2支路不再有电流通过,故A2无示数。

2、电流表有示数

正常连接:一种是电流表与用电器正常连接构成回路,电流表正常显示,有示数。

本支路短路:电流表与短路的电器连接,并直接连接到电源的正负极上,如下图。

此时电路中有大电流,电流表有示数(暂时)。

本支路短路

但特别注意:电流表不能直接连接到串联电路中,参《北京师范大学九年极物理全册》《十一章 简单电路》P55

原因:

由于电流表的内阻非常小,如果不经过用电器,直接接在电源正负极上,相当于电源短路,即使电源的电压并不很高,但由于电路中的电阻非常小,电流值也会大到几十安甚至上百安的程度,这样几乎瞬间就把电流表烧坏。

这时可能出现,电流瞬间达到最大量程,然后电流表烧坏,变为0.

 四、判断电压表有无示数

电压表与用电器并联,在此讨论时,为了方便起见,把电压表并联的局部电路称为内系统,此外的电路称为外系统。内系统根据情况可以随时转换,主要以方便讨论为宜。

1、 电压表的无示数

第一种情况:外系统形成断路,或者未闭合电路时——系统内电压表无示数。

如下图,当把电压表V与L2看作内系统时,则断路1成立时,则电压表无示数。当把电压表V与L2、L1看作内系统时,则断路2成立时,则电压表也无示数。

对于V与L2构成的内系统,其间的电压表两端能否形成断路呢,当然可以,但是如果这样形成断路的话,就判定为电压表没有连接好,其结果也是电压表无示数。

第二种情况:外系统形成闭合电路(若没有电器也称为短路),当内系统的用电器短路时,则内系统的R=0,欧姆定律U=IR,当R=0时,是U=0,——系统内电压表无示数。

2、电压表有示数

第一种情况: 内外系统正常——内系统正常(电压表与用电器一个或多个并联),外系统形成闭合电路(短路)。

第二种情况:当内系统的用电器断路时,其电压表的示数基本相当于电源的电压,故电压表有示数。因为这时电压表的电阻很大,即使系统外有用电器接入,但其电阻比起电压表中的电阻已显得微不足道了(达到忽略程度)。则电压表承担了所有电压,故电压表示数会变大并接近电源电压。

案例1:如下图

当正常情况下,电路闭合时,电压V测量的是L1,L2的电压,L1,L2与电源三者都是并联关系,所以电压表V测出的电压就是L1、L2、电源三者的电压,并且大小都相等。

当L2断路时,则电压表所测的是L1、电源两者的电压,且电压相等。

当L1、L2都断路时,则电压表所测是电源的电压。

结论:只要电压表所测电器内部断路的话,则电压表所测电压就等于电源的电压,故有示数。

案例2:如下图:

若L1断路,那么L1等价于特别大的电阻接入了电路,设为Rx,此时,L2的电阻比起Rx的电阻就微不足道了(达到忽略的程度,注:这个L2可以是一个用电器,也可以是一个相当复杂的用电器群)。

这时,整个电路等价于Rx接入电路,并承担电源的所有电压。故V1示数会变大并接近电源电压,而V2看作电阻很小的用电器,故V2的示数可认为是0,即没有示数。

结论:只要电压表所测电器内部断路的话,则电压表所测电压就基本上等于电源的电压,故有示数。

特殊地,假如,L1,L2都断路,那么就看作两个特别大的电阻接入电路,设R1=R2,由U=IR,电流一定(其实电路已经是断路,电流应为0了),U1=U2同,V1,V2示数各等于一半电源电压。

四、以电压表电流表有无示数为依据,判定电路故障

练练手,选自《北京师范大学九年极物理全册》《十一章 简单电路》P64



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