2024中考物理三輪突破8講義電路設(shè)計與電路故障分析學(xué)案

這是一份2024中考物理三輪突破8講義電路設(shè)計與電路故障分析學(xué)案，共12頁。學(xué)案主要包含了電路設(shè)計，電路故障分析等內(nèi)容，歡迎下載使用。
講義
專題概述
本專題包含根據(jù)串并聯(lián)電路的規(guī)律設(shè)計實用電路、根據(jù)用電器的狀態(tài)及電壓表電流表的示數(shù)情況分析電路故障。根據(jù)要求設(shè)計簡單電路的一般步驟是：根據(jù)開關(guān)對用電器的控制情況，分析出電路的串并聯(lián)情況，對于并聯(lián)電路而言還要分析出開關(guān)的位置在干路還是支路上。
類型一、電路設(shè)計
1.通過用電器間的工作是“相互影響”還是“互不影響”，確定用電器之間是串聯(lián)還是并聯(lián)關(guān)系；
2.按照開關(guān)與被控制的用電器是串聯(lián)的原則，確定開關(guān)的位置；
3.如果開關(guān)的使用與常理相反，則說明開關(guān)與被控制的用電器并聯(lián)；
4.確定其他用電器之間的串、并聯(lián)關(guān)系，進而畫出電路圖。
【例1】樓道里常用一種自動控制的照明燈：樓道光線充足時無論是否有聲音，照明燈都不發(fā)光；光線很暗并且有一定響度的聲音時，照明燈就發(fā)光（光線很暗時光控開關(guān)閉合；有一定響度的聲音時，聲控開關(guān)閉合）。請根據(jù)以上要求在虛線框內(nèi)將如圖中的電路連接完整。
【解析】根據(jù)題意可得，聲控開關(guān)和光控開關(guān)共同控制燈泡，且相互影響，所以聲控開關(guān)和光控開關(guān)、燈泡串聯(lián)在電源的兩端，如圖所示：
【分析】（1）電路中開關(guān)控制用電器時，開關(guān)和用電器是串聯(lián)的；
（2）光控開關(guān)和聲控開關(guān)同時控制一盞燈，當(dāng)光線很暗，而且有一定響度的聲音時電燈才發(fā)光，因此兩個開關(guān)串聯(lián)后共同控制燈泡。
【例2】某門禁系統(tǒng)有兩種識別方式：人臉識別（開關(guān)S1）和密碼識別（開關(guān)S2），只要其中一種方式識別成功即可閉合相應(yīng)開關(guān)，啟動小電動機，開啟門鎖。請完成電路設(shè)計。
【解析】人臉識別（開關(guān)S1）和密碼識別（開關(guān)S2），只要其中一種方式識別成功，則相應(yīng)的開關(guān)閉合，從而使電動機工作，所以這兩個開關(guān)應(yīng)并聯(lián)后再與電動機串聯(lián)在電源上，電路設(shè)計如圖所示：
。
【答案】
【分析】兩個開關(guān)中，只要一個閉合電動機開始工作，說明兩個開關(guān)是并聯(lián)在電路中，據(jù)此連接電路。
【例3】某科技小組為醫(yī)院病房設(shè)計呼叫電路，在病人需要護理時，閉合床頭開關(guān)S1或S2，護士值班室的護士就能及時看到對應(yīng)的燈L1或L2亮，同時聽到電鈴響起。請用筆畫線代替導(dǎo)線在圖中連接符合設(shè)計要求的電路圖。
【解析】經(jīng)分析可知，燈L1和L2并聯(lián)，且開關(guān)S1和S2分別位于兩支路上，電鈴位于干路，干路上的開關(guān)S控制整個電路，電路圖的連接如下圖所示：
【分析】由題意可知，閉合床頭開關(guān)S1或S2，護士值班室的護士就能及時看到對應(yīng)的燈L1或L2亮，同時聽到電鈴響起，說明兩燈泡可以獨立工作、互不影響即為并聯(lián)，且各有一個開關(guān)控制各自的支路，電鈴位于干路，干路上串聯(lián)一個總開關(guān)可以控制整個電路，據(jù)此進行解答。
【例4】某保密室有三道門，關(guān)上一道門相當(dāng)于閉合一個開關(guān)。只要有一道門沒有關(guān)上，紅色和綠色的指示燈都會發(fā)光。當(dāng)三道門都關(guān)上時，紅燈會熄滅，只有綠燈會發(fā)光。請設(shè)計出符合要求的電路圖畫在虛線的方框內(nèi)，并根據(jù)所設(shè)計的電路圖在如圖中用筆畫線將實物連接成符合要求的電路。（要求：連線不能交叉，線頭接在接線柱上。）
【解析】根據(jù)題意可知，指示燈與電源組成通路時指示燈亮，電路是斷路或燈被短路時燈熄滅，當(dāng)三道門都關(guān)上即三個開關(guān)都閉合時，紅燈會熄滅，綠燈會發(fā)光，此時紅燈短路、綠燈通路，三個開關(guān)相互影響，三個開關(guān)應(yīng)該是串聯(lián)再與紅燈并聯(lián)，電路圖如圖所示：
；
根據(jù)電路圖連接實物圖，如圖所示：
。
【點評】知道串聯(lián)電路各用電器相互影響、不能獨立工作，并聯(lián)電路各用電器獨立工作、互不影響是解決本題的關(guān)鍵。
類型二、電路故障分析
1.如圖所示，常規(guī)電路故障包含電路斷路和電路短路。
如圖所示，是典型的串聯(lián)電路故障情況分析：
【例5】如圖電源電壓為U，燈泡L1和L2的額定電壓分別是U1和U2，電壓關(guān)系為：U1＜U＜U2。閉合開關(guān)后兩燈都發(fā)光；過一段時間后，一燈熄滅，一燈發(fā)光。經(jīng)檢查兩燈泡中的某個燈泡發(fā)生了故障。則下列判斷正確的是（ ）
A．燈泡L1發(fā)生短路B．燈泡L1發(fā)生斷路
C．燈泡L2發(fā)生短路D．燈泡L2發(fā)生斷路
【解析】由電路圖可知，兩燈泡串聯(lián)，電流表測量電路電流；
A.若燈泡L1發(fā)生短路，則電路為L2的簡單電路，燈泡L2兩端電壓等于電源電壓，由于U＜U2，所以燈泡L1不發(fā)光，燈泡L2發(fā)光，故A正確；
BD.若燈泡L1發(fā)生斷路或燈泡L2發(fā)生斷路，則整個電路都不能工作，即兩個燈泡均不工作，故BD錯誤；
C.若燈泡L2發(fā)生短路，則電路為L1的簡單電路，燈泡L1兩端電壓等于電源電壓，由于U1＜U，所以燈泡L1會被燒壞，燒壞后，兩燈泡將都不發(fā)光，故C錯誤。
【答案】A。
【分析】根據(jù)電路圖可知，兩燈泡串聯(lián)，電流表測量電路電流，閉合開關(guān)后兩燈都發(fā)光，過一段時間后，一燈熄滅，一燈發(fā)光，根據(jù)串聯(lián)電路中發(fā)生斷路時整個電路不能工作判出故障不可能是斷路；然后分析短路時燈泡兩端電壓，當(dāng)燈泡兩端電壓大于其額定電壓時，燈泡會被燒壞。
【例6】如圖，閉合開關(guān)，燈泡不亮。在閉合開關(guān)且不拆開導(dǎo)線的情況下，將M接電源“+”極，N依次試觸E、F、G接線柱，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)前兩次為零，第三次接近3 V。若故障只有一個，則可能是（ ）
A．電源沒電B．開關(guān)斷路C．燈泡斷路D．燈泡短路
【解析】在閉合開關(guān)且不拆開導(dǎo)線的情況下，將M接電源“+”極，N依次試觸E、F、G接線柱，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)前兩次為零，第三次接近3V，且故障只有一個。
N接G時電壓表有示數(shù)，即斷路在電壓表并聯(lián)的兩點之間；N接E、F時，電壓表無示數(shù)，說明斷路在電壓表并聯(lián)的F點之外，所以可以判定斷路在F點和G之間的電路上，則開關(guān)斷路。
【答案】B。
【點評】本題主要考查了學(xué)生用電壓表判斷電路故障的方法，用電壓表檢驗電路故障時，電壓表有示數(shù)（一般等于電源電壓），說明與之并聯(lián)的導(dǎo)體發(fā)生斷路或串聯(lián)的導(dǎo)體發(fā)生短路；電壓表無示數(shù)，說明與之并聯(lián)的導(dǎo)體發(fā)生短路或串聯(lián)的導(dǎo)體發(fā)生斷路。
【例7】小強同學(xué)在探究串聯(lián)電路電流規(guī)律的實驗中，按如圖連接好了電路，閉合開關(guān)S后，兩燈均不發(fā)光．為檢測出電路故障，他做了以下操作：將電壓表接到b、c兩點，觀察電壓表、電流表均無示數(shù)；將電壓表接到a、b兩點，觀察電壓表有明顯示數(shù)，而電流表示數(shù)幾乎為零，則電路故障可能是（ ）
A．燈L2斷路B．燈L2短路
C．電流表燒壞了D．燈L1斷路
【解析】（1）由題意可知，開關(guān)閉合后，兩燈均不發(fā)光，電流表始終無示數(shù)，則電路故障為斷路，故B錯誤；
（2）將電壓表接到b、c兩點，觀察電壓表無示數(shù)，說明電壓表與電源兩極間有斷路，則L1之外存在斷路；
將電壓表接到a、b兩點，觀察電壓表有明顯示數(shù)，說明電壓表與電源兩極間是通路，則電流表和燈泡L1完好，所以是燈L2斷路，故A正確，CD錯誤．
【答案】A。
【點評】本題考查了根據(jù)電流表和電壓表的示數(shù)情況判斷串聯(lián)電路的故障，電流表示數(shù)為零說明故障是斷路，電壓表有示數(shù)，說明開路在電壓表的兩接線柱之間。
如圖所示，是典型的并聯(lián)電路故障情況分析：
【例8】如圖所示，閉合開關(guān)S1、S2后，燈L1、L2均發(fā)光。一段時間后，只有一盞燈熄滅，電流表A的示數(shù)變?yōu)榱?，則下列判斷正確的是（ ）
A．電路的故障可能是燈L1短路
B．電路的故障可能是燈L2斷路
C．兩燈發(fā)光時，L1、L2為并聯(lián)
D．兩燈發(fā)光時，L1、L2為串聯(lián)
【解析】由圖可知，閉合開關(guān)S1、S2后，燈L1、L2均發(fā)光，此時L1、L2并聯(lián)；故C正確，D錯誤；
一段時間后，只有一盞燈熄滅，根據(jù)并聯(lián)電路的特點可知，各支路互不影響，電流表示數(shù)為0，說明電流表的支路發(fā)生了斷路現(xiàn)象，即電路的故障可能是燈L1斷路，故AB錯誤。
【答案】C。
【點評】本題考查了學(xué)生利用電流表判斷電路故障的分析能力，電路故障分短路和開路兩種情況，平時做實驗時試一試，多總結(jié)、提高分析能力。
2.家庭電路故障
（1）利用測電筆檢測電路故障:①測電筆發(fā)光，說明測試點到火線是通路，此時燈泡不亮的原因是測試點到零線之間斷路；②測電筆不發(fā)光，說明測試點到火線是斷路。
如圖所示，是典型的家庭電路中的常見故障。
如圖甲所示，圖中虛線框1中連入的是燈泡，虛線框2中連入開關(guān)和電燈，安裝完畢后，閉合開關(guān)，電燈不亮，用試電筆分別測試a、b、c點時，試電筆的氖管都發(fā)光，則電路的故障情況分析如圖乙所示。
【例9】如圖為部分家庭電路圖，只將電燈與電熱壺接入家庭電路時，兩者均正常工作，三孔插座上接入電飯堡后，電飯煲和電熱壺均不工作，而電燈正常工作，拔出電飯煲的插頭，用試電筆測三孔插座的左右兩孔，氛管均不發(fā)光，此時電路故障是
A．間短路B．間短路C．間斷路D．間斷路
【解析】在三孔插座上接入電飯煲后，電熱壺突然停止工作，燈仍正常發(fā)光，這表明電路出現(xiàn)了斷路現(xiàn)象；燈仍正常發(fā)光，說明、左邊的火線、零線均正常；而把測電筆分別插入三孔插座的左右兩孔，氖管均不發(fā)光，說明火線出現(xiàn)了斷路現(xiàn)象，因此是間發(fā)生了斷路。
【答案】。
【點評】本題考查了用測電筆檢測電路的故障，在正常情況下，測電筆測火線應(yīng)亮，測零線應(yīng)不亮。電熱壺突然停止工作，燈仍正常發(fā)光，說明燈泡相連的火線和零線正常，但電路中一定出現(xiàn)斷路；
測電筆測試三孔插座的左右兩孔，氖管發(fā)光，說明兩孔與火線是連通的，若不發(fā)光，說明與火線是斷開的。
（2）利用檢驗燈檢測電路故障:①若檢驗燈正常發(fā)光，則該用電器所在的支路是短路；②若檢驗燈發(fā)光較暗，則該用電器所在的支路正常；③若檢驗燈不發(fā)光，則該用電器所在的支路是斷路。
（3）根據(jù)異?，F(xiàn)象判斷電路故障:①熔絲熔斷，說明電路過載或短路，如果接通的是小功率用電器，則一定是短路；②空氣開關(guān)自動斷開(俗稱“跳閘”)，可能是過載或短路。
【例10】小李同學(xué)晚上在家自修時把臺燈的插頭插入二孔插座，在臺燈開關(guān)閉合的情況下，臺燈不亮；他用測電筆測量臺燈燈座的兩端，發(fā)現(xiàn)測電筆的氖管均發(fā)光，而客廳的電燈正常發(fā)光。據(jù)此下列判斷正確的是（ ）
A．電路一定有故障，零線斷路了；臺燈開關(guān)閉合時，臺燈不亮，再用測電筆測臺燈燈座的兩端，測電筆的氖管均發(fā)光
B．電路一定有故障，零線斷路了；臺燈開關(guān)閉合時，臺燈不亮，再用測電筆測臺燈燈座的兩端，測電筆的氖管一端發(fā)光，另一端不發(fā)光
C．電路可能沒有故障，臺燈的開關(guān)處于零線上；臺燈開關(guān)閉合時，臺燈亮，再用測電筆測臺燈燈座的兩端，測電筆的氖管仍均發(fā)光
D．電路可能沒有故障，臺燈的開關(guān)處于零線上；臺燈開關(guān)閉合時，臺燈亮，再用測電筆測臺燈燈座的兩端，測電筆的氖管一端發(fā)光，另一端不發(fā)光
【解析】根據(jù)題意可知，在臺燈開關(guān)閉合的情況下，臺燈不亮，而客廳的電燈正常發(fā)光，客廳電燈所在支路正常，這說明通過臺燈所在的支路出現(xiàn)了斷路現(xiàn)象（若臺燈短路，則電源短路，客廳的電燈不發(fā)光）；
他用測電筆測量臺燈燈座的兩端，發(fā)現(xiàn)測電筆的氖管均發(fā)光，這說明臺燈燈座的兩端與火線之間是接通的，所以故障是臺燈與零線之間斷路了，故A正確。
故選A。
【分析】家庭電路中的用電器是并聯(lián)的，在臺燈開關(guān)閉合的情況下，臺燈不亮，而客廳的電燈正常發(fā)光，這說明通過臺燈所在的支路出現(xiàn)了斷路現(xiàn)象；根據(jù)測電筆氖管的發(fā)光情況分析電路故障的原因。