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專題8電路設(shè)計(jì)與電路故障分析

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(jì)實(shí)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(jì)簡(jiǎn)單電路的一般步驟是：根據(jù)開關(guān)對(duì)用電器的控制情

況，分析出電路的串并聯(lián)情況，對(duì)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(jì)

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)還是注聯(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)與被控制的用電器注聯(lián)；

4.確定其他用電器之間的串、并聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而畫出電路圖。

【例1】樓道里常用一種自動(dòng)控制的照明燈：樓道光線充足時(shí)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(shí)，照明燈就發(fā)光（光線很暗時(shí)光控開關(guān)閉合；

有一定響度的聲音時(shí)，聲控開關(guān)閉合）。請(qǐng)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(shí)，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(shí)控制一盞燈，當(dāng)光線很暗，而且有一定響度的聲音時(shí)電燈

才發(fā)光，因此兩個(gè)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(shí)別方式：人臉識(shí)別（開關(guān)Si）和密碼識(shí)別（開關(guān)S2）,只要

其中一種方式識(shí)別成功即可閉合相應(yīng)開關(guān)，啟動(dòng)小電動(dòng)機(jī)，開啟門鎖。請(qǐng)完成電路設(shè)計(jì)。

【解析】人臉識(shí)別（開關(guān)Si）和密碼識(shí)別（開關(guān)S2）,只要其中一種方式識(shí)別成功，則

相應(yīng)的開關(guān)閉合，從而使電動(dòng)機(jī)工作，所以這兩個(gè)開關(guān)應(yīng)并聯(lián)后再與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)在電源

上，電路設(shè)計(jì)如圖所示：

【分析】?jī)蓚€(gè)開關(guān)中，只要一個(gè)閉合電動(dòng)機(jī)開始工作，說明兩個(gè)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(jì)呼叫電路，在病人需要護(hù)理時(shí)，閉合床頭開關(guān)Si或S2,

護(hù)士值班室的護(hù)士就能及時(shí)看到對(duì)應(yīng)的燈Li或L2亮，同時(shí)聽到電鈴響起。請(qǐng)用筆畫線

代替導(dǎo)線在圖中連接符合設(shè)計(jì)要求的電路圖。

J=L

【解析】經(jīng)分析可知，燈Li和L2并聯(lián)，且開關(guān)Si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(gè)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)Si或S2,護(hù)士值班室的護(hù)士就能及時(shí)看到對(duì)應(yīng)的燈

Li或L2亮，同時(shí)聽到電鈴響起，說明兩燈泡可以獨(dú)立工作、互不影響即為并聯(lián)，且各有

一個(gè)開關(guān)控制各自的支路，電鈴位于干路，干路上串聯(lián)一個(gè)總開關(guān)可以控制整個(gè)電路，

據(jù)此進(jìn)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(gè)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(huì)發(fā)光。當(dāng)三道門都關(guān)上時(shí)，紅燈會(huì)熄滅，只有綠燈會(huì)發(fā)光。請(qǐng)?jiān)O(shè)

計(jì)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(jì)的電路圖在如圖中用筆畫線將

實(shí)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(shí)指示燈亮，電路是斷路或燈被短路時(shí)

燈熄滅，當(dāng)三道門都關(guān)上即三個(gè)開關(guān)都閉合時(shí)，紅燈會(huì)熄滅，綠燈會(huì)發(fā)光，此時(shí)紅燈短

路、綠燈通路，三個(gè)開關(guān)相互影響，三個(gè)開關(guān)應(yīng)該是串聯(lián)再與紅燈并聯(lián)，電路圖如圖所

【點(diǎn)評(píng)】知道串聯(lián)電路各用電器相互影響、不能獨(dú)立工作，并聯(lián)電路各用電器獨(dú)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。

電路現(xiàn)象

斷路不通

-

電

路

故

L用電器不工作、電壓表、電流

表都無示教，有可能燒壞電源

如圖所示，是典型的串聯(lián)電路故障情況分析:

串聯(lián)：如果是串聯(lián)電路發(fā)生故障，i般電路中電流變大的是短路，電路中沒有電流的是斷

路。如圖1所示，有四種可能：

第一種，R|斷路，U|=U（變大），U2=0（變?。?，1=0（變?。?。

第二種，Ri短路，U|=0（變小）,U2=U（變大），I=U/R?（變大）。

第三種，Ri斷路,Ui=0（變小）,U2=U（變大）,1=0（變?。?/p>

第四種，R2短路，5=U（變大），U2=0（變小），I=U/Ri（變大）。

【例5】如圖電源電壓為U,燈泡Li和L2的額定電壓分別是U1和U2,電壓關(guān)系為：Ui<

U<U2.閉合開關(guān)后兩燈都發(fā)光；過一段時(shí)間后，一燈熄滅，一燈發(fā)光。經(jīng)檢查兩燈泡

中的某個(gè)燈泡發(fā)生了故障。則下列判斷正確的是（）

A.燈泡Li發(fā)生短路B.燈泡Li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(cè)量電路電流;

A.若燈泡Li發(fā)生短路，則電路為L(zhǎng)2的簡(jiǎn)單電路，燈泡L2兩端電壓等于電源電壓，由于

U<U2,所以燈泡Li不發(fā)光，燈泡L2發(fā)光，故A正確；

BD.若燈泡Li發(fā)生斷路或燈泡L2發(fā)生斷路，則整個(gè)電路都不能工作，即兩個(gè)燈泡均不工

作，故BD錯(cuò)誤；

C.若燈泡L2發(fā)生短路，則電路為L(zhǎng)i的簡(jiǎn)單電路，燈泡Li兩端電壓等于電源電壓，由于

Ui<U,所以燈泡Li會(huì)被燒壞，燒壞后，兩燈泡將都不發(fā)光，故C錯(cuò)誤。

【答案】A。

【分析】根據(jù)電路圖可知，兩燈泡串聯(lián)，電流表測(cè)量電路電流，閉合開關(guān)后兩燈都發(fā)光，

過一段時(shí)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(shí)整個(gè)電路不能工作判

出故障不可能是斷路；然后分析短路時(shí)燈泡兩端電壓，當(dāng)燈泡兩端電壓大于其額定電壓

時(shí)，燈泡會(huì)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3V。若故

障只有一個(gè)，則可能是（）

E

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(gè)。

N接G時(shí)電壓表有示數(shù)，即斷路在電壓表并聯(lián)的兩點(diǎn)之間；N接E、F時(shí)，電壓表無示

數(shù)，說明斷路在電壓表并聯(lián)的F點(diǎn)之外，所以可以判定斷路在F點(diǎn)和G之間的電路上,

則開關(guān)斷路。

【答案】Bo

【點(diǎn)評(píng)】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(yàn)電路故障時(shí)，

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(qiáng)同學(xué)在探究串聯(lián)電路電流規(guī)律的實(shí)驗(yàn)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(cè)出電路故障，他做了以下操作：將電壓表接到b、c兩點(diǎn)，觀察電

壓表、電流表均無示數(shù)；將電壓表接到a、b兩點(diǎn)，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（）

C'LiL2a

A.燈L2斷路B.燈L2短路

C.電流表燒壞了D.燈Li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(cuò)誤；

（2）將電壓表接到b、c兩點(diǎn)，觀察電壓表無示數(shù)，說明電壓表與電源兩極間有斷路，

則Li之外存在斷路；

將電壓表接到a、b兩點(diǎn)，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Li完好，所以是燈L2斷路，故A正確，CD錯(cuò)誤.

【答案】Ao

【點(diǎn)評(píng)】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:

并聯(lián)：如果是并聯(lián)電路發(fā)生故障，初中物理只考斷路（短路會(huì)導(dǎo)致電源短路，

?般不考），一般電流減小或用電器不工作的支路就是斷路的位置。如圖2所示，有

兩種可能：

第一種，R斷路，Ii=O（變?。?12（不變），1（變?。?U（不變）。

第二種，Rz斷路，12=0（變?。㎎（不變），1（變?。琔（不變）。

【例8】如圖所示，閉合開關(guān)Si、S2后，燈Li、L2均發(fā)光。一段時(shí)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Li短路

B.電路的故障可能是燈L2斷路

C.兩燈發(fā)光時(shí)，Li、L2為并聯(lián)

D.兩燈發(fā)光時(shí)，Li、L2為串聯(lián)

【解析】由圖可知，閉合開關(guān)Si、S2后，燈Li、L2均發(fā)光，此時(shí)Li、L2并聯(lián)；故C正

確，D錯(cuò)誤；

一段時(shí)間后，只有一盞燈熄滅，根據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn)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Li斷路，故AB錯(cuò)

誤。

【答案】Co

【點(diǎn)評(píng)】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(shí)做實(shí)驗(yàn)時(shí)試一試，多總結(jié)、提高分析能力。

2.家庭電路故障

（1）利用測(cè)電筆檢測(cè)電路故障:①測(cè)電筆發(fā)光，說明測(cè)試點(diǎn)到火線是通路，此時(shí)燈泡不

亮的原因是測(cè)試點(diǎn)到零線之間斷路；②測(cè)電筆不發(fā)光，說明測(cè)試點(diǎn)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(cè)試a、b、c點(diǎn)時(shí)，試電筆的速管都發(fā)光，則電路的故

障情況分析如圖乙所示。

火線

零線

圖甲

向明確電路連接?|您現(xiàn)象（冤管喻望曹疆京電燈不

燈泡與插座并聯(lián)T光情況）：電燈』叫:黝^學(xué)：￡上、

開關(guān)與燈泡串聯(lián)T不亮，.、b、C7安渡,都發(fā)光（碟車

圖乙

【例9】如圖為部分家庭電路圖，只將電燈L與電熱壺接入家庭電路時(shí)，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L正常工作，拔出電飯煲的插

頭，用試電筆測(cè)三孔插座的左右兩孔，氛管均不發(fā)光，此時(shí)電路故障是（）

CD

A.%）間短路B.AC間短路C.鉆間斷路D.CD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L仍正常發(fā)光，這表明電路

出現(xiàn)了斷路現(xiàn)象；燈L仍正常發(fā)光，說明A、C左邊的火線、零線均正常；而把測(cè)電筆分

別插入三孔插座的左右兩孔，窟管均不發(fā)光，說明火線出現(xiàn)了斷路現(xiàn)象，因此是回間發(fā)生

了斷路。

【答案】C。

【點(diǎn)評(píng)】本題考查了用測(cè)電筆檢測(cè)電路的故障，在正常情況下，測(cè)電筆測(cè)火線應(yīng)亮，測(cè)零線

應(yīng)不亮。電熱壺突然停止工作，燈L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(cè)電筆測(cè)試三孔插座的左右兩孔，窟管發(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(yàn)燈檢測(cè)電路故障:①若檢驗(yàn)燈正常發(fā)光，則該用電器所在的支路是短路；

②若檢驗(yàn)燈發(fā)光較暗，則該用電器所在的支路正常；③若檢驗(yàn)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: