初中物理电路分析方法超级有用及初中物理电路故障.docx
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初中物理电路分析方法超级有用及初中物理电路故障
初中物理电学综合问题难点突破
电学综合题历来是初中物理的难点，在近几年的中考题中屡屡出现，由于试题综合性强，设置障碍多，如果学生的学习基础不够扎实，往往会感到很难。
在实际教学中，许多教师采用的是“题海战术”，无形加重了学生学习的课业负担。
探索和改进电学综合问题教学，是一项很有价值的工作。
在长期的初中教学实践中，本人逐步探索了一套电学综合问题教学方案，对于学生突破电学综合问题中的障碍有一定效果。
一、理清“短路”概念。
在教材中，只给出了“整体短路”的概念，“导线不经过用电器直接跟电源两极连接的电路，叫短路。
”而在电学综合题中常常会出现局部短路的问题，如果导线不经过其他用电器而将某个用电器（或某部分电路）首尾相连就形成局部短路。
局部短路仅造成用电器不工作，并不损坏用电器，因此是允许的。
因它富于变化成为电学问题中的一个难点。
局部短路概念抽象，学生难以理解。
可用实验帮助学生突破此难点。
实验原理如图1，当开关S闭合前，两灯均亮（较暗）；闭合后，L1不亮，而L2仍发光（较亮）。
为了帮助初中生理解，可将L1比作是电流需通过的“一座高山”而开关S的短路通道则比作是“山里的一条隧洞”。
有了“隧洞”，电流只会“走隧洞”而不会去“爬山”。
二、识别串并联电路
电路图是电学的重要内容。
许多电学题一开头就有一句“如图所示的电路中”如果把电路图辨认错了，电路中的电流强度、电压、电阻等物理量的计算也随之而错，造成“全军覆没”的局面，所以分析电路是解题的基础。
初中电学一般只要求串联、并联两种基本的连接，不要求混联电路。
区分串、并联电路是解电学综合题的又一个需要突破的难点。
识别串、并联有三种方法，⑴、电流法；⑵、等效电路法；⑶、去表法。
⑴、电流法：
即从电源正极出发，顺着电流的流向看电流的路径是否有分支，如果有，则所分的几个分支之间为并联，（分支前后有两个节点）如果电流的路径只有一条（无分支点），则各元件之间为串联。
此方法学生容易接受。
⑵、等效电路法：
此方法实质上运用了“电位”的概念，在初中物理中，电压的概念，是通过“水位差”的类比中引入的。
那么，可借助于“高度差”进行类比，建立“一样高的电位”概念。
可以通过类比手法，例如：
如果某学校三层楼上有初三⑴、初三⑵、初三⑶三个班级，二层楼上有初二⑴、初二⑵、初二⑶三个班级，那么初三年级与初二年级任意两个班级之间的“高度差”是一样的，都相差“一层楼”。
因为初三年级各班处于“一样高”的三层楼上，而初二年级各班级处于“一样高”的二层楼上。
在电路中，也有“一样高电位”的概念。
在电路中，无论导线有多长，只要其间没有用电器都可以看成是同一个点，即电位“一样高”。
因此，我们可以找出各元件两端的公共点画出简化的等效电路。
图2、图3是对各电阻的连接情况分析。
图2 图3
如上图2红线上各个点都与电源正极“电位一样高”，蓝线部分与电源负极“电位一样高”，可以简化为图3。
在图3中，R1、R2、R3的并联关系也就显而易见了。
⑶、去表法：
由于电压表的内阻很大，并联在电路中时，通过它的电流很小，可忽略不计。
故在电路中去掉电压表，不会影响电路结构，电压表所在之处可视为开路。
而电流表的内阻很小，串联在电路中几乎不影响电路的电流强度，因而，在电路分析中，可视其为一根导线，去掉后改成一根导线即可。
三、“表格分析法”整理解题思路
不少初中生反映，电学习题涉及概念、公式多，解题头绪多，容易出错。
要突破这个难点，关键在于整理出清晰的解题思路。
可以使用“表格法”帮助整理解题思路
表格的列，列出有关用电器的电流、电压、电阻、电功率四个物理量。
在一般计算中，出现用电器多为纯电阻，根据欧姆定律I=U/R，电功率的计算公式P=UI，在四个物理量中只要知道了其中的两个，就可以求出剩余的两个物理量。
（有六种情况）
表格的行，列出电流等物理量在各分电路和总电路的数值，或物理量在用电器的各种状态下（如额定工作状态、电路实际工作状态）的数值。
而根据串、并联电路的特点或根据题设，只要知道其中的两个（或一个），就可以求出剩余的物理量。
典型例题：
如图4所示，R1=2欧，R2=6欧，接在电源上时，电压表的示数为0.5伏，求电路消耗的总电功率是多少？
这是有关两个电阻串联的典型习题，
有关电阻R1的物理量：
I1、U1、R1、P1；
有关电阻R2的物理量：
I2、U2、R2、P2；
有关总电路的物理量：
I、U、R、P。
在这12个物理量中，已知其中的三个物理量，就可以求出剩余的9个物理量。
用“表格分析法”进行解题分析如下表1
表1：
有关R1
有关R2
有关总体
横向关系
电流
I1
I2
I
电流相等
电压
U1=0.5V*
U
U=U1+U2
电阻
R1=2Ω*
R2=6Ω*
R
R=R1+R2
电功率
P1
P=?
注：
*表示为题目中已知量。
解题分析：
从表中“有关R1”的纵向可以看出，由于已知了U1和R1故可以求出I1和P1（在本题不需要求出）；再由“有关电流”的横向关系来看串联电路电流处处相等，可进一步得出I2和I；再从“有关总体”的纵向来看，要求P，则除了已求出的电流I这一个物理量外，还需要在U和R两者之中知道第二个物理量，方可求出。
而要求R或求U，则可以从“有关电阻”的横向关系或“有关电压”横向关系中求出来。
在这一步也就可以用两种方法，所谓一题多解。
解：
[有关R1纵向关系]
∵因为R1与R2串联∴总电流I=I1=0.25A[横向关系]
总电阻
[横向关系]
总功率
[有关总电阻纵向关系]
有一类习题，是关于灯泡的，常有额定状态和工作状态，如用“6V3W”字样已知了灯泡额定状态的电压和电功率，而工作状态则常常为“电功率最小时（或最大时）”等情况。
横向关系往往在题设中出现，如设灯泡的电阻不变，或设电源的总电压不变等。
四、有关“电路变化”分析
不少同学反映“变化的电路难，不知从何下手”。
这是因为分析变化的电路涉及的内容广，考虑的问题深。
对电阻、电流强度、电压及电功率相互关系的分析，稍有不慎就会造成连错反应，得出错误的结论。
这是电学综合问题的又一个难点。
变化电路主要是通过开关或滑动变阻器的改变来富于电路变化的。
电路中有多个开关，通过开关闭合和断开的状态变化，往往会使各用电器的连接关系发生变化，而滑动变阻器则通过滑片来改变其连入电路的有效电阻，从而使电路中的电压、电流、电功率等数值发生变化（也有改变电路结构的）。
有关变化电路，应在学会识别“部分电路短接”和学会识别串并联电路的基础上，掌握分析变化电路的基本思路。
1、开关的通、断造成电路的变化
当开关处在不同状态时，由于断路和短路，接入电路中的用电器，及其用电器之间的连接方式一般要发生变化，因此首先要在原电路的基础上画出各种情况下的实际电路。
改画时要根据电流的实际情况，运用“拆除法”。
拆除法要求：
⑴、去掉被断路的元件；⑵、去掉已被短路的元件；⑶、用“去表法”去表，其原则是“电压表处是断路，电流直过电流表”。
在去掉电压表时，要分析电压表读出来的是哪部分电路两端的电压，可用等效电路法进行分析。
例题：
如图5所示
电路中，电源电压保持4伏，L1的电阻为4欧，L2、L3的电阻均为16欧
求：
⑴、S1、S2都断开时，电流表和电压表的示数。
⑵、S1、S2都接通时，整个电路消耗的电功率。
例题分析：
在题中的当开关处于闭合或断开的两种情况下电路结构发生了变化，可进行电路的改画，见图6。
注：
图中虚线部分是要去掉的部分。
在用“去表法”去掉电流表电压表后，要分析它们分别测量哪一个用电器的哪一个物理量。
电压表
可借助于“等电位”进行分析。
在图7中，红线、蓝线、黑线分别是三个“同电位点”，由图7中可见，L1与电压表V均加在蓝线与黑线之间，所以电压表是L两端的电压。
解：
当S1、S2都断开时，L1、L3串联。
电流表读数
电压表读数
当S1、S2都接通时，L2、L3并联。
总电阻
总功率
2．滑动变阻器变化问题
滑动变阻器连入电路中的有效电阻发生变化了，或是引起电路结构的变化，或是引起电路中电压、电流、电功率的变化。
典型例题：
如图8所示电路中，电源电压不变，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电流表和电压表的示数变化情况是[ ]
A、电流表和电压表的示数变大；
B、电流表和电压表的示数变小；
C、电流表示数变小，电压表示
数变大；
D、电流表示数变大，电压表示数变小。
有关滑动变阻器的此类型问题，解题关键是：
⑴、弄清滑动变阻器原理，滑片滑动时电阻是变大还是变小？
⑵、弄清物理量是否变化，一般来说，电源的电压，定值电阻的阻值是不变，其它的物理量都是变化的；⑶、弄清电压表读数读出的是哪一个电器两端的电压；⑷、利用表格整理分析问题的思路。
上例题表格分析如下：
有关R1
有关R2
总电路
关系
电流
I1
I2
I？
串联电流相等
电压
U1？
U总 不变
U总 =U1+U2
电阻
R1不变
R2↑
R总
R总 =R1+R2
由电阻横向关系可知，因R1不变，R2变大，故R总将变大；再由总电路纵向关系
可知，R总变大，U总不变，故I将变小（电流表读数）；因串联电路电流相等I1=I；再由有关R1纵向关系
可知，I1变小，R1不变，故U1将变小（电压表读数变小）。
初中物理电路故障分析
一、短路、断路和开路
1、短路：
（1）电源短路：
指导线不经过用电器而直接接到了电源的两极上。
会导致电路中电流过大而烧坏电源。
（2）用电器短路：
指串联的多个用电器中的一个或多个（当然不是全部）在电路中不起作用，这种情况是由于接线的原因或者电路发生故障引起的。
（一般不会造成较大的破坏。
）
2、断路：
从电源的正极到负极，有且只有一条通路，若在某出断开，整个电路就成为断路。
可能是由于接触问题或者电流过大把用电器烧毁引起的。
3、开路：
一般情况下等同于断路。
就是负载断开或者电路断开出现一个端口，一般是电路的干路没有连接电源正负极，也有可能是导线断了，或者是干路串联了电压表等特大电阻的元件。
二、电路故障分析
（一）针对串联电路中的断路故障
方法1：
将完好的用电器与被测电路并联。
若用电器正常工作，说明被测电路上发生断路；若用电器不能工作，说明未测的电路上发生断路。
方法2：
用导线与被测电路并联。
若未测电路正常工作，说明被测电路上发生断路；若未测电路不能工作，说明未测电路上发生断路。
（二）利用电流表的示数变化判断电路故障
1．对于电路中原有电流表的示数变化情况分析。
（1）示数增大，说明电路（或支路）中部分用电器被短路（若所有用电器都被短路，则电流表烧毁）。
（2）示数减小，说明电路（或支路）中发生断路。
2．（针对串联电路）将电流表与被测电路并联分析。
（1）有示数，说明被测电路上发生断路。
（2）无示数，说明：
未测电路上发生断路。
（三）利用电压表的示数变化判断电路故障
1．对于电路中原有电压表的示数变化情况分析。
（1）示数增大，说明未与电压表并联的用电器被短路。
（2）示数减小，说明：
与电压表并联的被测电路上发生短路或电压表与电源正负极间发生断路。
2．将电压表与被测电路并联分析。
（1）有示数，说明：
电压表与电源正负极间是通路的。
（2）无示数，说明：
与电压表并联的被测电路上发生短路或电压表与电源正负极间发生断路。
（四）串联电路的断路或局部短路故障现象如下表：
内容
断路
局部短路
实质
某电阻（或导线）变为阻值无穷大。
某电阻值变为0，可看作一根导线。
电流情况
电路中（任何处）均无电流。
短路处无电流，整个电路中电流变大。
用电器工作情况
均不工作。
有一个工作，另一个不工作。
故障发生处
电路中任何一点。
只可能在电阻上。
电流表的示数
无示数。
有示数且变大。
电压表的示数
断路处两端电压为电源电压，其余部分为0。
短路处为0，仍然工作的用电器（电阻）两端电压为电源电压。
串联电路的断路或短路故障分析，一般先判断电路中是否有电流（或用电器是否均工作），以确定故障到底是短路还是断路；然后可根据电压情况来判断故障发生的地方。
三、动态电路部分
类型1：
滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起电路中物理量的变化：
明确电路（电压表直接去掉，简化电路）；看准每个电表分别测的是谁的电压和电流；先看电阻的变化，再根据欧姆定律判断电流、电压的变化。
类型2：
开关的断开或闭合引起电路中物理量的变化：
明确断开和闭合是分别是什么电路；画出等效电路（电压表直接去掉，简化电路）；根据欧姆定律判断。
串联和并联电路的判断
一、分析电路的“口诀”：
先判串联和并联，电表测量然后判。
一路到底必是串；若有分支是并联。
A表相当于导线；并时短路会出现。
V表可并不可串；串时相当电路断。
二、连接电路的“口诀”：
①电路：
串联各件依次连；并联标节点、连干路，连好再检验。
②电表：
A表串其中，V表并两端。
正（进）负（出）不能反，量程仔细断。
③提醒：
无论串联或并联，电压表都应最后连。
二．串联、并联的识别方法（右图是简化、改画电路图的最终结果。
）
1.电流流向法：
从电源正极出发，沿着电流的方向描绘出电流通过电阻的各条路经，一直达到电源的负极。
这是识别电路最直观的方法，也是连接实物电路时必须遵循的基本思路。
【例１】在图２（甲）所示电路中，三盏灯是如何连接的，开关闭合后，电流表测量的是哪部分的电流？
做法：
先标出电源的正负极，再沿着从正极到负极的方向，用箭头描绘各处的电流走向，标在电路图上，如图２（乙）。
分析：
从图２（乙）中可以看出，点ａ是最初的电流分支点，点ｂ是最后的电流会合点。
电流共有三条路径（I1、I2、I3），分别通过三盏灯（L1、L2和L3），所以三盏灯是并联的。
通过电流表的电流只通过L1，所以电流表测量的是通过灯L1的电流。
２.摘表法：
从电路中摘去电压表和电流表，电压表所在支路用断路替代，电流表所在位置用导线替代。
如需进一步分析讨论，原电压表、电流表所测量的电压和电流则应在简化后的电路上标出。
【例2】如图３（甲）所示电路中，三个电阻是＿＿联的。
电压表Ｖ1的示数为３Ｖ，Ｖ2的示数为5Ｖ，电源电压８Ｖ（填“大于”、“小于”或“等于”）。
分析：
两个电压表使电路看起来比较复杂，摘掉两个电压表后，把电压表所在支路擦除，电阻的串联方式如图３（乙）所示。
两图比较可知，电压表Ｖ1测量的是Ｒ1和Ｒ３两端的电压Ｕ1＋Ｕ3，电压表Ｖ2测量的是Ｒ1和Ｒ2两端的电压Ｕ1＋Ｕ2，两个电压表的示数之和大于电源电压。
３．直线法：
这是把不规范电路简化成规范电路的普遍适用的方法。
具体方法是：
将电路从电源正负极处断开，结合电流流向法，拉长和缩短某一段导线，使各组元器件都在一条直线上，一次不成，可逐次分步完成。
【例3】图４（甲）所示电路中，电源电压是６Ｖ，开关闭合后电压表的示数为４Ｖ，问：
灯Ｌ1、Ｌ2两端电压各为多少？
分析：
利用摘表法，可确定这两个灯泡的串联电路。
问题是电压表测量的电压是哪个灯两端的电压。
将电路拉成直线，画出如图４（乙）所示的简洁图，这个问题就迎刃而解了。
４．节点法
这是一种比直线法更直接、更简洁的快速简化电路的方法。
具体做法是：
从电源正极开始，把电阻之间的连接导线缩减成点，相同的点用同一个字母表示。
如果一个电路中的点多于两个，可以将这些点排在一条直线上，再把相应的电阻补充到这些点之间，节点法和直线法有着相辅相成的关系。
【例4】图５（甲）所示电路中，三个电阻是＿＿联的；电流表Ａ1测量的是通过电阻＿＿＿的电流。
电流表Ａ2测量的是＿＿＿的电流。
分析：
将图５（甲）中的电流表摘掉后，电路中三个电阻的连接方式仍然不明显。
从电源正极开始，可以标出三个位置都是ａ点（电源正极），另外两个位置都是ｂ点（电源负极）。
如图５（乙）所示。
三个电阻都连接在ａｂ两点之间，通过三个电阻的电流方向都是从ａ到ｂ，所以这是一个并联电路。
再利用电流法，描绘电流走向如图５（丙）所示。
可以知道原电流表Ａ1的位置通过的是Ｒ2和Ｒ3的电流I2＋I3；原电流表Ａ2的位置通过的是Ｒ1和Ｒ2的电流I1＋I2、。
本题中两个电流表的位置跟【例2】（图３甲）中两个电压表的位置相同，因为用电流表替代了电压表，三个电阻的连接方式也随之发生了变化。
电路故障分析经典例题
1、先根据题给条件确定故障是断路还是短路：
两灯串联时，如果只有一个灯不亮，则此灯一定是短路了，如果两灯都不亮，则电路一定是断路了；两灯并联，如果只有一灯不亮，则一定是这条支路断路，如果两灯都不亮，则一定是干路断路。
在并联电路中，故障不能是短路，因为如果短路，则电源会烧坏。
2、根据第一步再判断哪部分断路或短路。
【分析】L1与L2串联在电路中，用电压表测L2两端电压，开关闭合后，发现两灯都不亮，电压表有示数。
则故障原因是什么？
解：
你先画一个电路图：
两灯都不亮，则一定是断路。
电压表有示数，说明电压表两个接线柱跟电源两极相连接，这部分导线没断，那么只有L2断路了。
【例】L1与L2串联，电压表V1测L1电压，V2测L2电压。
闭合开关后，两灯都不亮。
则下列说法正确的是：
A、若V1=0，V2示数很大，则L1短路而L2正常；B、若V1=0而V2示数很大，说明L2都断路。
解：
两灯都不亮，则电路是断路，A不正确。
当L2断路时，此时V2相当于连接到了电源两极上，它测量的是电源电压，因此示数很大。
而此时L1等效为导线，因此两端没有电压，因此V1的示数为零。
答案为B。
一、简单电路故障类习题的分析判断
【例1】如图1，闭合开关时，两灯都不亮，电压表示数为0。
则原因可能是（ ）
A、L1短路 B、L2短路 C、L1开路 D、L2开路
分析：
闭合开关两灯都不亮，表明电路中无电流，是开路故障。
是L1还是L2开路呢？
因为电压表测量L1两端电压，若是L1开路，则电压表应与L2串联接在电源两端，它应该有示数且接近电源电压，而此时电压表示数为0，说明电压表没有连接到电源两端。
正确选项是D。
【例2】如图2，闭合开关时，电流表有示数，电压表示数接近电源电压，则原因可能是（）
A、L1短路 B、L2短路 C、L1开路 D、L2开路
分析：
闭合开关时，电流表有示数，表明电路中有电流，从上面的分析可以判断这是电路中的部分电路短路故障。
那么是L1还是L2短路呢？
可以通过电压表的示数来进行分析。
可以假设一下，若是L1短路，那么L1就相当于一根导线，它的两端电压就为0，这与题目条件不相符。
答案是B。
【例3】如图3，闭合开关时，L1发光而L2不亮，则原因可能是（）
A、L2开路 B、L2开路 C、RL1比RL2大得多 D、RL1比RL2小得多
分析：
闭合开关时，L1发光，表明电路中有电流，从上面的分析可以判断这是电路中的部分电路短路故障，L1发光而L2不亮，可以很快得出是L2短路；那么L2就相当于一根导线，它的电阻极小，而从电路中不能看出L2被短接，因而故障应是RL2比RL1小得多。
正确选项是C。
【例4】如图4，闭合开关时，电流表A与A1的示数相同，则原因可能是（ ）
A、L1短路 B、L2短路 C、L1开路 D、L2开路
分析：
并联电路由于存在两条支路，因此必须分析各条支路是否有电流。
本题中，电流表A与A1的示数相同，即I=I1，说明干路和L1所在支路是通路，从并联电路的电流特点分析：
I=I1+I2，因此I2=0，即电流表A2示数为0，L2支路没有电流，此支路开路。
正确选项是D。
【例5】如图6，闭合开关时，灯泡都不亮，电压表示数接近电源电压，则原因可能是（ ）
A、ab间开路 B、bc间开路 C、cd间开路 D、ad间开路
分析：
L1、L2都不亮，可以判断出电路故障属于开路。
由于电压表示数接近电源电压，说明L2阻值很大（或者电压表串联在电路中），远大于L、L3的电阻，所以开路故障应该是出现在L2所在的部分电路，正确选项应是B。
【例6】如图7，闭合开关时，发现电流表的指针没有偏转；某同学用一根导线将ac两点连接起来，闭合开关瞬间，电流表指针迅速偏转到最大；当他用这根导线将bd两点连接起来时，发现灯L1发光。
则下列关于该电路存在的问题分析错误的是（）
L1完好 B、L2开路 C、L3短路 D、L2情况无法判断
分析：
闭合开关后，电流表指针没偏转，首先可确定此电路中有开路故障。
用一根导线将ac两点连接起来，闭合开关瞬间，电流表指针迅速偏转到最大，说明开路故障没有出现在L3所在部分电路，同时说明L3被短路了；再用导线将bd两点连接起来时，L1发光，说明故障也不是L1所在部分电路，那么只有L2开路的可能了。
综合上述分析，错误的选项应该是D。
二、复杂电路故障类习题的分析判断
例4（06大连）如图所示，闭合开关S时，灯泡L1、L2都不亮，用一根导线的两端接触a、b两点时两灯都不亮；接触b、c两点时，两灯都不亮；接触c、d两点时，两灯都亮。
则（ ）（导线检测法）
A．灯L1断路
B．灯L2断路
C．灯L2短路
D．开关S断路
分析：
闭合开关S时，灯泡L1、L2都不亮，说明电路发生断路故障。
用一根导线的两端接触a、b两点时两灯都不亮，说明断路故障发生在灯L2和开关上；接触b、c两点时，两灯都不亮；说明断路故障发生在灯L1和开关上；接触c、d两点时，两灯都亮，排除灯泡故障，说明开关S断路，故选D。
电流表、小灯泡的检测法与导线相似，电流表检测时要防止造成电源短路。
4、把两个小灯泡L1和L2、一个蓄电池、—个电键及若干导线组成串联电路。
当闭合电键时，两个小灯泡均不发光。
用电压表测量，发现灯L1两端有电压。
若整个装置除了两个小灯泡以外，其余都完好，那么小灯泡不发光的原因可能是（）
AL1的灯丝断了。
BL2的灯丝断了。
CL1和L2的灯丝都断了。
D以上三种情况都存在
分析：
电压表并联在L1两端，有示数，说明除L1之外其他部分正常完好，因此，只有L1断路，等效于电压表直接连接电源两极。
5.如图5所示的电路，电源电压保持不变。
电键S闭合时，发现只有两个电表的指针发生偏转，电路中的电阻R或灯L有一个出现了故障，则可能是（）（2010年中考）
A．电流表A示数为零，电阻R短路
B．电流表A示数为零，灯L断路
C．电压表V2示数为零，电阻R短路
D．电压表V2示数为零，灯L断路
分析：
排除电表影响，L和R串联，因此，L和R均不能断路，否则只有V1有示数。
排除BD；若R短路，则R相当于导线，V2无示数，选C
例3 在电学实验中，遇到断路时，常用电压表来检测。
某同学连接了如图1所示的电路，闭合开关S后，发现灯不亮，为检查电路故障，他用电压表进行测量，结果是
，则此电路的故障可能是（ ）（电压表检测法）
A．开关S接触不良
B．小灯泡灯丝断了
C．d、e间出现断路
D．e、f间出现断路
分析：
观察电路，灯泡和定值电阻串联，闭合开关S后
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