浅析如何用电表判断电路故障

摘 要：有关含电表的电路故障试题在全国各大市中考题中时常出现，该类试题既能考查学生对串并联电路电流电压特点的掌握情况，又可考查学生分析能力和判断能力，是教学重点，也是教学难点。文章以欧姆定律和串并联电路的电流电压规律为抓手，从有灯泡的电路到无灯泡的电路，利用电流表和电压表的示数分析、推理和归纳电路故障类型和故障位置判断方法，促进了学生的思维发展。

关键词：电流表;电压表;电路故障

电路故障在全国各市的中考试题中出现频率较高，学生通常不容易拿分，大多数学生对故障分析机械的死记硬背，对故障的类型和位置判断不准确。究其原因，学生判断电路故障的过程中，没有运用欧姆定律和串并联电路的电流电压规律来解释电表示数情况，不能够从电表的示数情况来判断电路故障，分析和推理能力有所欠缺。

一、 串联电路故障

活动一：串联电路故障中电表示数情况。

图1开关闭合后，灯泡不亮，电流表示数几乎为0，电压表有明显示数。灯泡不亮、电流表示数几乎为0在教学中通常解释为由于出现了断路。可学生的疑惑是既然断路，为何电压表有明显示数且接近电源电压。学完欧姆定律后，教师不妨将电压表的电阻大约

3000Ω告诉学生，由学生计算将电压表直接接到3V的电源上的电流，此时会发现电流值约为0.001A，几乎为0。电压表在电路中相当于断路，是因电压表的电阻过大导致电流几乎为0，即有非常微弱的电流。也就是说图1电路中电压表有微弱的电流流过，从侧面说明电压表外侧电路是通路。电压表和灯泡串联，因电压表的电阻远大于灯泡，根据串联分压规律，电压表分得电压几乎等于电源电压。

图2开关闭合后，灯泡不亮，电流表、電压表示数都为0。从图中可知，电压表外侧出现了断路，导致非常微弱的电流也无法产生。

图3开关闭合后，灯泡发光，电流表有明显示数，电压表示数几乎为0。电压表示数几乎为0的原因是电压表测量的是导线两端的电压，因导线的电阻太小，所以分得的电压也太小。

活动二：通过以上实验现象和产生原因分析就可以来解决以下串联电路故障。

例1 如图4所示的电路，开关闭合后，L1和L2发光，电流表、电压表均有明显示数，突然两灯均熄灭，电流表示数几乎为0，电压表示数变大接近电源电压，造成此现象的原因可能是（）

分析：由图4可知，两只灯泡串联，突然两只灯泡同时熄灭，且电流表示数几乎为0，可判断出此电路出现了断路故障;根据电压表示数变大接近电源电压，说明电压表两接线柱外侧电路为通路，则说明内侧出现了断路。电压表内侧是灯泡L1，因此是L1断路。所以本题选C。

例2 如图4所示的电路，开关闭合后，L1和L2发光，电流表、电压表均有明显示数，突然两灯均熄灭，电流表、电压表示数都为0，造成此现象的原因可能是（）

A. L1短路 B.  L2短路 C. L1断路 D. L2断路

分析：由图4可知，两只灯泡串联，突然两只灯泡同时熄灭，电流表示数为0，可判断出此电路出现了断路故障;再根据电压表示数为0，说明电压表两接线柱外侧电路出现了断路，即可能是灯泡L2断路、电流表断路、开关断路或电压表两端点外侧导线断路。所以本题选D。

例3 如图4所示的电路，开关闭合后，L1和L2发光，电流表、电压表均有明显示数，突然一灯泡熄灭，电流表示数变大，电压表示数几乎为0，造成此现象的原因可能是（）

A. L1短路 B.  L2短路 C. L1断路 D. L2断路

分析：由图4可知，两只灯泡串联，突然一灯泡熄灭，电流表示数变大，说明电路中没有出现断路故障，又因为电压表示数几乎为0，电压表相当于测导线两端的电压，故L1相当于导线，即L1短路。所以本题选A。

例4 如图4所示的电路，开关闭合后，L1和L2发光，电流表、电压表均有明显示数，突然一灯泡熄灭，电流表示数变大，电压表示数也变大，造成此现象的原因可能是（）

A. L1短路 B. L2短路 C. L1断路 D. L2断路

分析：由图4可知，两只灯泡串联，突然一灯泡熄灭，电流表示数变大，说明电路中没有出现断路故障，又因为电压表示数变大，即L1电压变大，则L2电压变小，即L2短路。所以本题选B。

例5 小明在测量定值电阻Rx的阻值时，开关闭合后调节滑动变阻器接入的阻值，准备读取电流表示数时，发现两电表示数突然都变为0。他用一根导线检查电路故障，当将该导线两端分别接到a、d接线柱上，发现电流表有示数，电压表示数仍为0;当将该导线两端分别接到c、f接线柱上，发现电压表有示数，电流表示数仍为0;则由此可以判断故障是：_____。

分析：本题给出的是实物连接图，我们可将它先转化成电路图如图6，可知待测电阻与滑动变阻器串联，准备读数时，两表示数突然变为0。因电流表示数为0说明此电路出现了断路故障;因电压表示数也为0，说明电压表外侧电路出现了断路故障，此时还不能明确是哪一电路元件断路。

他用一根导线检查电路故障，当将该导线两端分别接到a、d接线柱上，简化图如图7，发现电流表有示数，电压表示数仍为0，说明从a→f→e→d部分电路是通路。

当将该导线两端分别接到c、f接线柱上，简化图如图8，发现电压表有示数，电流表示数仍为0，电压表有示数，说明从f→a→b→c部分电路是通路。

综合上述现象和推理说明，该电路从c→b→a→f→e→d部分是通路。所以本题答案是cd间断路

综上，串联电路故障判断方法是：先用电流表判断故障类型，即断路还是短路，无电流是断路，有电流非断路。再用电压表判断故障位置，在断路故障中，电压表有示数则外通内断，电压表无示数则外部断路;在短路故障中，电压表示数几乎为0，则内部短路，电压表示数变大则外部短路。

二、 并联电路故障

活动三：并联电路故障。如图10将开关闭合，有学生猜想L1因为被短路而不发光，L2能够发光。实际情况是两灯都不发光，即两灯都被短路了。原因是导线和灯泡并联，根据欧姆定律可得，1/R总=1/R内线+1/R1+1/R2，并联处总电阻小于每个电阻，所以AB间总电阻远小于AB外部电阻，AB端电压很小，灯泡的电阻相对较大，所以通过灯泡的电流几乎为0。而L1上方导线因电阻很小，所以电流很大。因此并联电路中有一个用电器短路会导致所有用电器都短路，即电源短路。

例6 （2019连云港）如图11所示，电源电压U恒定，闭合开关，L1、L2两灯均正常发光，电流表和电压表均有示数。过一会儿，其中一只灯泡突然熄灭，两个电表示数均不变，假设故障是由其中某只灯泡引起的，则造成此现象的原因可能是（）

A. L1短路 B. L2短路 C. L1断路 D. L2断路

分析：根据电路可知两灯泡并联，又因一灯泡熄灭可排除灯泡短路，所以本题故障为灯泡断路。电流表测量的是L1的电流，因为电流表有示数，所以L1支路没有断路，即L2支路有断路。所以本题选D。

通过上述实例说明，在并联电路中电路的故障通常是少短路多断路。哪一支路断路只需要看电流表有无示数即可，无电流那一支路为断路的支路。

综上可知，串并联电路故障的判断方法，通常是在正确识别出串联还是并联电路的基础上，先根据电流表示数来判断故障的类型，再根据电压表示数来判断故障的位置。

参考文献：

[1]郅庭瑾.为思维而教[M].北京：教育科学出版社，2007.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2011.

作者简介：夏素新，江苏省南京市，南京市摄山初级中学。