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初中物理電路動態與電路故障分析及復習策略
電路動態分析題和電路故障分析題是初中學生物理學習過程中的一個難點，也是每年中考考查的熱點之一，其原因是這兩類題目對學生有較高的綜合分析能力要求。進行電路故障分析，要以電路動態分析能力作為基礎，而電路故障分析又是電路動態分析的載體，因此我們在中考備考過程中，將這兩類分析題整合成一個專題進行復習，既有利于加深學生對動態電路和歐姆定律的理解，又可以提高學生的綜合分析能力，提高復習的效率。筆者根據多年的備考經驗，在中考復習中，以電路動態分析作為主線，而將電路故障作為電路動態變化的一個原因，總結出動態電路和電路故障的幾個類型，并加以剖析，以期對參加中考的同學有所幫助。
一、滑動變阻器的滑片P的位置的變化引起電路中電學物理量的變化
1．串聯電路中滑動變阻器的滑片P的位置的變化引起的變化
【例1】如圖1，是典型的伏安法測電阻的實驗電路圖，當滑片P向右移動時，請你判斷A表和V表的變化。
分析：本題中，為了分析表達的簡潔，我們約定一套符號：“→”表示引起電路變化；“↑”表示物理量增大或電表示數增大；“↓”表示物理量減小或電表示數減小。
P右移→R2↑→R總↑→I↓→A表↓
R1不變→IR1↓→U1↓→V表↓
（注意由“局部→整體→局部”的思路。判斷V表的變化還可以根據串聯電路的分壓原理來分析：R2↑→U2↑→U1↓→V表↓。）
根據串聯電路的特點，滑動變阻器R2兩端的電壓 U2 將變大。推論：如果滑動變阻器R2足夠大，當滑片P向右一直滑動時，電阻將不斷增大，那么U2 將不斷增大，U1將不斷減小，I將不斷減小。假設R2無限大，這時U2 將增大到電源電壓，U1 將變為0，I也將變為0，這時的電路就相當于斷路。這就是用電壓表來判斷電路斷路和短路的道理。
【變式訓練1】如圖2所示，閉合形狀S后，使滑動變阻器的滑片P向左滑動，則（ ）
A．電流表的示數變大，電壓表的示數變大，燈變暗
B．電流表的示數變小，電壓表的示數變大，燈變亮
C．電流表的示數變大，電壓表的示數變小，燈變亮
D．電流表的示數變小，電壓表的示數變小，燈變暗
參考答案：C
【例2】如圖3，當滑片P向左移動時，A表和V表將如何變化。
分析：首先要確定電路的類型，此電路屬于串聯電路呢還是并聯電路。我們可以將電流表簡化成導線，將電壓表簡化成斷開的電鍵或干脆拿掉。此時可以容易地看出，這是一個串聯電路。而且發現滑動變阻器的滑片已經懸空，滑動變阻器接成了定值電阻，所以A表示數不變。
電壓表在本電路中，是測量R1和R2部分電阻之和的電壓，當滑片P向左移動時，被跨接在電壓表內的電阻隨著變小，根據分壓原理：V表示數減小。
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【變式訓練2】如圖4，當滑片P向左移動時，A表和V表將如何變化。
參考答案：A表變大??? V表不變（電壓表測的是R1和R2一部分的電壓之和，亦可看作是電源兩端電壓）
【例3】在如圖5所示電路中，當閉合電鍵后，滑動變阻器的滑動片P向右移動時（ ???）
A．安培表示數變大，燈變暗??? B．安培表示數變小，燈變亮
C．伏特表示數不變，燈變亮?? 　D．伏特表示數不變，燈變暗
分析：將電流表等效為一根導線，可以看到電壓表直接測量電源電壓，因此當滑動變阻器的滑動片P向右移動時，電壓表的示數將不會變化；而電阻R的阻值變大，小燈的電阻RL大小不變（注意：在初中階段，小燈的電阻由于溫度的變化引起的變化往往忽略不計），因此總電阻變大，電流變小，所以電流表示數變小。從串聯電路的分壓角度分析，小燈兩端的電壓也將變小，小燈的功率P=ULI也將變小，所以小燈的發光將變暗。本題正確答案為D。
【變式訓練3】在如圖6所示電路中，當閉合開關后，滑動變阻器的滑動片P向右移動時（??? ）
A．電壓表示數變大，燈變暗
B．電壓表示數變小，燈變亮
C．電流表示數變小，燈變亮
D．電流表示數不變，燈變暗
參考答案：A
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2．并聯電路中滑動變阻器的滑片P的位置的變化引起的變化
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?【例4】如圖7，當滑片P向右移動時，A1表、A2表和V表將如何變化？
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分析：并聯電路各支路兩端電壓相等，等于電源電壓，故電壓表V示數不變。
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由于并聯電路各支路獨立工作，互不干擾，滑動變阻器滑片P向右移動時，對R1這條支路沒有影響，所以電流表A1示數不變。
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滑片P右移，R2變大，兩端電壓不變，故電流變小，干路中電流也隨之變小，所以A2示數也會變小。
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【變式訓練4】如圖8，當滑片P向右移動時，A1表、A2表和V表將如何變化？
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參考答案：A1 ?表變小? ???A2 表變小 ?????V表不變
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二、電鍵的斷開或閉合引起電路中電學物理量的變化
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1．串聯電路中電鍵的斷開或閉合引起的變化
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?【例5】在如圖9所示的電路中，將電鍵K閉合，則安培表的示數將______，伏特表的示數將________(均填“變大”、“變小”或“不變”)。
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分析：在電鍵尚未閉合前，兩個電阻組成串聯電路。電壓表測量R1兩端的電壓，電鍵K閉合后，電阻R2被局部短路，電壓表變成測量電源兩端的電壓了，因此電壓表的示數將變大。在電鍵尚未閉合前，電流表測量的是串聯電路的電流值，由于此時電阻較大，故電流較小；電鍵K閉合后，電阻R2被局部短路，電路中的電阻只有R1了，因此電流表的示數將變大。
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?【變式訓練5】在如圖10所示的電路中，當開關K斷開時，電阻R1與R2是_______聯的。開關K閉合時，電壓表的示數將________（選填“變小”、“不變”或“變大”）。
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參考答案：串聯?? 變小
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2．并聯電路中電鍵的斷開或閉合引起的變化
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【例6】在圖11中，電鍵K閉合時燈泡L1和燈泡L2是______聯連接的。當電鍵K斷開時，電壓表的示數將________；電流表的示數將__________(選填“增大”、“不變”或“減小”)。
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分析：本題的難度首先在電路的識別，我們可以將電流表看作導線，將電壓表拿去，就容易看出這個電路是并聯電路。 不變、減小。
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【變式訓練6】在圖12所示的電路中，R1的阻值為10Ω，只閉合開關S1時電流表的示數為0.3A，再閉合開關S2后，電流表的示數為0.45A，則R2的阻值為???????? Ω
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參考答案：20
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三、電路的故障引起電路中電學物理量的變化及故障原因分析
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?【例7】在圖13中，當電鍵 K閉合后，兩只小燈泡發光，電壓表示數為4伏。過了2分鐘，電壓表示數為0，經檢查除小燈泡外其余器材的連接良好，請分析造成這種情況的原因可能有：_____________________。
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分析：電壓表示數為0，其原因有三：（1）電壓表沒有接好或電壓表損壞；（2）小燈L2短路；（3）小燈L1斷路。起先，電壓表有示數，說明不存在原因1的情況。那么還有兩種情況都是可能的。答案為：小燈L2短路；小燈L1斷路。
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【變式訓練7】在如圖14所示的電路中，電源電壓等于6伏，合上開關后電壓表示數為6伏。經分析得出，電路中可能發生的情況是：____________。
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參考答案：R斷路或L短路
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【例8】在如圖15所示的電路中，電源電壓不變。閉合電鍵K后，燈L1、L2都發光。一段時間后，其中一燈突然熄滅，而電流表、電壓表的示數都不變，則產生這一現象的原因可能是（?? ）
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A．燈L1短路 ??B．燈L2短路 ???C．燈L1斷路 ??D．燈L2斷路
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分析：可以采用排除法。小燈L2短路，會導致電壓表示數變小、電流表示數變大；小燈L2斷路，會導致電流表示數變0；小燈L1短路，會導致兩燈都不亮；一燈熄滅而電表示數都不變，只有小燈L1發生斷路時才有此可能。本題正確答案為C。
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?【變式訓練8】在圖16所示的電路中,電源電壓不變。閉合開關K，電路正常工作。一段時間后，發現其中一個電壓表示數變大，則 （?? ）
A．燈L可能變亮?? ??B．燈L亮度可能不變
C．電阻R可能斷路??? ??D．電阻R可能短路
參考答案：C
四、動態電路分析題與電路故障分析題復習策略
1．學會正確分析電路圖。首先要養成分析電路圖的習慣，無論是靜態電路還是動態電路，都能夠獨立分析題目給出的電路圖中，各個用電器之間是串聯還是并聯。具體的方法是把電流表簡化成導線，將電壓表簡化成斷開的開關或干脆拿掉，把閉合的開關看成導線，把被局部短路的用電器拿掉，把開關斷開的支路去掉，從而簡化電路。經過電路簡化后，電路中基本只出現電源、用電器，電路顯得比較簡單，把剛才去掉的電表復原上去，明確電壓表和電流表分別測量那個用電器的電壓和電流。
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2．正確判斷滑動變阻器有效電阻及由于滑片的變化引起的有效電阻的變化。
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3．熟練掌握串并聯電路中電壓、電流及電阻的規律。動態電路中涉及的用電器肯定不止一個，必然會運用到串并聯電路中電壓、電流及電阻的規律，如果不能熟練掌握這些規律，那么解題也就無從談起。
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4．熟練掌握歐姆定律的運用，尤其是要分析好電路中局部和整體的關系。歐姆定律是解決動態電路的金鑰匙，也是電學的基本定律。在動態電路中一般情況下電源的電壓都是不變的，滑動變阻器滑片的變化或開關的通斷，必然會引起電路中電流的變化，解題思路是先整體后局部，先利用歐姆定律分析整個電路中電流的變化情況，在具體分析每一個用電器的電流電壓變化情況。
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5．理解好斷路和短路。很多學生遇到電路故障問題就頭痛，原因就是沒有理解好怎樣才是短路，以及短路對整個電路的影響。所以要想學好電學這部分內容還得深刻理解短路這個概念。
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