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物理 · 课程

解释电路故障(不涉及市电操作)

电路停止工作时,仪表读数在讲一个故事,这项技能就是把这个故事用文字读出来。

本页内容
  1. 两种主要故障是什么样子?
  2. 例题
  3. 要留意的错误
  4. 自我检测
  5. 接下来学什么

电路故障会改变读数。题目会要你根据读数说出故障,或者预测某个指定故障的读数。题中的电路是低压的理想电路:电池或电源、电阻或灯泡,以及仪表。

本课是在纸面和屏幕上解释与推理,不提供任何市电接线操作的指示。如果真实的电器看起来有故障,请停止使用,并请有资格的电工处理。

两种主要故障是什么样子?

断路有一处断开。没有完整的通路,意味着电流为零。电压表接在断开处两端,读数是完整的电源电压;接在串联的正常元件两端,读数是 0 V。

短路是在某个元件两端并上一根低电阻的导线。电路的电阻下降,所以电流上升。被短路的元件两端约有 0 V。

计算时,用电势差、电阻与电路中的串联规则:总电阻是各电阻之和,每一部分通过的电流相同。你可以在电路推理模拟器中安全地试验这类电路。

例题

虚构的电路:一个 6 V 电池,串联 2 Ω 电阻 R₁ 和 4 Ω 电阻 R₂。

正常工作: R = 2 + 4 = 6 Ω。I = V ÷ R = 6 ÷ 6 = 1 A。R₁ 两端:1 × 2 = 2 V。R₂ 两端:1 × 4 = 4 V。两者相加为 6 V。

故障 A,R₂ 被导线短路。 现在只剩 R₁:R = 2 Ω,所以 I = 6 ÷ 2 = 3 A。R₁ 两端:3 × 2 = 6 V。R₂ 两端:0 V。

故障 B,R₂ 处的导线断开(断路)。 I = 0 A。R₁ 两端:0 × 2 = 0 V。电压表接在断开处两端,读数是 6 V。

用文字解释故障 A: “短路去掉了 R₂ 的电阻,所以总电阻从 6 Ω 降到 2 Ω。电源电压不变,因此电流从 1 A 升到 3 A。”

正常电路、短路与断路6 V 电池与 R₁ = 2 Ω、R₂ = 4 Ω 串联的三种状态。正常:1 A,2 V 和 4 V。R₂ 短路:3 A,6 V 和 0 V。R₂ 处断路:0 A,R₁ 两端 0 V,断口两端 6 V。 R₁ 2 ΩR₂ 4 Ω6 V正常I = 1 AR₁ 2 V,R₂ 4 VR₁ 2 ΩR₂ 4 Ω短路导线6 V故障 A:R₂ 被短路I = 3 AR₁ 6 V,R₂ 0 VR₁ 2 ΩR₂ 4 Ω断口6 V故障 B:R₂ 处断路I = 0 A,R₁ 0 V断口两端 6 V
例题的读数。短路使电流变大,被短路的电阻器两端为 0 V。断路使电流为零,断口两端是完整的 6 V。

要留意的错误

常见的失误是以为元件两端电压表读数为 0 V,就表示电路里没有电流。

错误答案: “R₂ 两端的电压表读数是 0 V,所以电路断了。”

R₂ 两端读数为 0 V,也是短路时的结果,而那时电流更大,不是零。

纠正方法是同时检查电流表。

电流为零,而缺口两端是完整电压,表示断路。电流很大,而某元件两端电压为零,表示该元件被短路。始终要说明你用哪个读数作为证据。

自我检测

1. 12 V 电池串联 4 Ω 和 8 Ω 电阻。求正常电流,再求 8 Ω 电阻被短路后的电流。

显示答案

正常:R = 12 Ω,I = 12 ÷ 12 = 1 A。8 Ω 被短路:只剩 4 Ω,所以 I = 12 ÷ 4 = 3 A。

2. 在只有一盏灯的串联电路中,电流表读数为 0 A,灯两端的电压表读数为 6 V(电池 6 V)。故障是什么?

显示答案

灯(灯丝)断了,是断路。没有电流,整个 6 V 出现在缺口两端,这里的缺口就是灯。

3. 为什么短路在真实电器中可能很危险?

显示答案

它降低了电阻,使电流变得非常大。大电流会加热电线,可能造成过热。保险丝的作用是先一步断开电路。

接下来学什么

把故障推理和能量结合起来:检查用电能量计算中的单位换算,并回到概览页电能与安全解读。

读数会算,写成解释却卡住,是这一课的常见难点。线上一对一物理补习的老师会请你每写一个说法,就用数字验证一次。

常见问题

什么是断路(open circuit)?

断路是电路中有一处断开,电荷没有完整的通路可流。串联电路中各处电流都是零。电压表接在断开处两端,读数是完整的电源电压,因为几乎所有的电势差都落在那个缺口上。

什么是短路(short circuit)?

短路是并在电路某一部分两端的、意外形成的低电阻通路。电阻越小,电流越大。在市电器具中,这样的大电流会使电线过热,这正是保险丝存在的原因。考试时,用电流公式来说明电流增大。

本课会教我修理电器吗?

不会。本课用安全的低压电路(电池和小灯泡)来练习解释。如果真实的电器或插座看起来有故障,请停止使用,并请有资格的电工处理。修理和市电工作不在本课程要求你做的范围内。

更新于:

下一步

如果你会算每个读数,却很难解释它们说明了什么,一对一的老师可以用新的电路和你一起练习措辞,并用数字检验每一个说法。

一小时付费试听课,按所安排老师确认的收费,RM80 起。

补习由家长或监护人安排。用 WhatsApp 把这页发给他们,他们就可以替你咨询。

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