电学实验中的故障分析

舒爽

电路故障问题，一般通过灯泡亮灭的变化、电流表或电压表示数的有无或变化等现象来分析。一般出现故障后，会出现如下现象。

1. 电路断路——电路不通。直接现象为：灯泡不亮，电流表无示数，电压表示数为0（电压表与电源构成的串联电路中有断路）或电压表示数接近电源电压（电压表与电源构成的串联电路中无断路）。

2. 电路短路——电路仍通。直接现象为：灯泡可能仍亮（比如串联电路中L1短路，L2仍然亮）；灯泡可能不亮（说明该灯泡短路）；电流表有示数或被烧坏；电压表可能有示数（电压表并联部分无短路）；电压表示数可能为0（电压表并联部分短路）。

题型1：两灯串联类

例1 （2023·湖南·常德）如图1所示的电路，闭合开关后两灯均不发光且电流表、电压表示数均为零。现将两灯泡位置互换后再次闭合开关，电流表示数仍为零，电压表指针明显偏转。根据以上信息判断该电路故障可能为（ ）。

A. L1断路、L2断路 B. L1断路、L2通路

C. L1通路、L2断路 D. L1短路、L2断路

解析：由图可知两只灯泡串联，电压表测量L2两端的电压。

第1步，根据电流表示数确定故障类型：闭合开关，两只灯泡都不亮，电流表无示数，说明电路中有断路故障。

第2步，根据电压表示数确定故障位置：电压表无示数，说明电压表两接线柱到电源的正、负极之间有断路，可能是L1断路，也可能是L1、L2同时断路。将L1、L2的位置对调，闭合开关，电流表无示数，说明电路中仍然有断路故障；电压表有示数，说明此时电压表两接线柱到电源的正、负极之间是通路，所以L2、电流表、开关都是完好的，则故障是灯L1断路。

答案：B

点评：串联电路中，两灯都不亮，电流表无示数，说明电路为断路；要判断断路的位置应看电压表的示数情况，若电压表的示数为零，则电压表的两接线柱无法连通电源两极，说明位于电压表两接线柱以外的电路中的灯泡断路。

例2 （2023·山东·烟台）在电学实验中，遇到电路故障时常用电压表来检测。如图2所示，电源电压恒为4.5 V，闭合开关后两灯均不亮，用电压表先后测得AD、AC和AB两端的电压均为4.5 V，则故障可能是（ ）。

A. 灯L1断路 B. 灯L2断路

C. 灯L1短路 D. 灯L2短路

解析：第1步，根据两灯亮灭情况判断故障类型：闭合开关后两灯均不亮，说明电路中有断路故障。

第2步，根据电压表示数确定故障位置：用电压表先后测得AD、AC和AB两端的电压均为4.5 V，这说明A到电源负极、B到电源正极之间是通路，所以故障是AB之间出现了断路现象，即灯L1断路。

答案：A

点评：串联电路中，两灯都不亮，说明电路为断路；电压表有示数，则意味着它的两个接线柱到电源两极是通路，不存在断路。

例3 （2023·四川·内江）如图3所示的电路中，闭合开关后一灯亮，另一灯不亮，电流表有示数，电压表无示数，其原因可能是（ ）。

A. L1短路 B. L1断路

C. L2短路 D. L2断路

解析：由图可知两只灯泡串联，电压表测量L1两端的电压；

第1步，根据电流表示数确定故障类型：闭合开关后一灯亮，另一灯不亮，电流表有示数，说明电路是通路，应该发生了短路。

第2步，根据电压表示数确定故障位置：电压表无示数，说明与电压表并连的L1短路。（若L2短路，则电路为L1的基本电路，电压表示数为电源电压。）

答案：A

点评：串联电路中，两灯一亮一不亮，电流表有示数，说明电路为短路；要判断短路的位置应看电压表的示数情况，若电压表的示数为零，则电压表内的电路短路。

例4 （2023·山东·泰安）如图4所示电路，电源电压保持不变，闭合开关后，只有两个电表的指针发生偏转。已知灯泡L1、L2中只有一个出现了故障，其他元件均完好。下列说法正确的是（ ）。

A. 可能是灯泡L1短路

B. 可能是灯泡L2短路

C. 可能是灯泡L1断路

D. 一定是灯泡L2断路

解析：由图知，开关S闭合后，两个灯泡串联，电流表测电路中的电流，电压表V1测电源电压（V1必偏转），电压表V2测L2两端的电压。

第1步，根据电表示数确定故障类型：若另一个指针发生偏转的是电流表，電流表有示数，则故障类型为短路；若另一个指针发生偏转的是电压表V2，电流表无示数，则故障类型为断路。

第2步，根据电压表示数确定故障位置：电压表V2无示数，说明故障是与其并联的L2短路；电压表V2有示数，说明故障是与其并联的L2断路。综合以上判断，故障可能是灯泡L2短路或灯泡L2断路。

答案：B

点评：本题涉及三个电表，明确有两个电表指针偏转，这其中必然包括V1，关键是分析出来另一个指针偏转的是电压表V2还是电流表A，并最终判断出来哪个电表没有发生偏转，进而判断电路故障类型及位置。

题型2：灯、定并联类

例5 （2023·广东·广州）小明按图5所示电路图正确连接电路，电阻R标有“5 Ω”，灯L标有“3.8 V 0.3 A”。闭合开关S，L发光，电流表A和A1正常工作，示数均为0.24 A。小明认为出现上述现象的原因是R被短路。该说法是否正确？若正确，写出理由；若不正确，分析出现该实验现象的原因并写出分析过程。

解析：根据题意可知，闭合开关S，该电路为并联电路，电流表A测量干路中的电流，电流表A1测量通过灯泡L的电流。灯泡L发光，电流表A和A1正常工作，示数均为0.24 A，这说明干路中的电流与通过灯泡L的电流是相同的，根据并联电路的电流规律可知，通过R的电流为0。该原因不可能是R短路，因为若R短路，则电源会被短路烧坏，所以故障是R断路。

答案：该说法不正确。

理由：灯泡L发光，电流表A和A1正常工作，示数均为0.24 A，这说明干路中的电流与通过灯泡L的电流是相同的，根据并联电路的电流规律可知，通过R的电流为0，所以故障是R断路。

点评：并联电路中的电路故障一般就是断路，因为只要有一个支路短路，其他支路以及电源也会发生短路，造成其他支路上的用电器停止工作、烧坏电源及干路中的电流表。