“电压分配率”在初中物理串联电路故障分析中的应用
徐学林
摘 要：“初中物理串联电路故障”是初中学生刚接触电学在日常实验中经常接触到的问题，学生经常搞不清故障的原因，更谈不上对故障的原因进行系统的分析，本文以2008年浙江台州市的一道中考题为例，简述如何教会学生应用串联电路中的“电压分配率”对各种常见的故障进行简单有效地分析和查找，更好地使学生将理论学习与具体的实践相结合。
关键词：串联电路；故障；电压；解题
引言
原题再现
浙江省台州市2008年中考的第13题
实验课上，同学们把两个相同规格的小灯泡连接在如图1甲所示的电路中，闭合开关后，两灯发光。此时，一同学不小心把L1的玻璃外壳打破了，结果L1熄灭，L2却更亮了。这是为什么呢？他们提出猜想：
猜想一：可能L1处发生开路；猜想二：可能L1处发生短路。
（1）根据 （填“串联”或“并联”）电路的特点，可知猜想一是不正确的。
（2）针对猜想二，同学们找了一只电压表，分别并联在L1，L2两端，如图乙所示，假如猜想二成立，则两次读数有何特点？
（3）实验发现两次电压表均有明显读数，且L1两端电压比L2两端电压小。说明猜想二也不正确.你认为L1熄灭、L2更亮的原因可能是 。
A.L1电阻变大 B.L1电阻变小
C.L2电阻变小 D.L1功率变大
1 说题目立意
这道中考题考查的主要知识点：串联电路的电流、电压特点，由欧姆定律导出的串联电路的电压分配率的特点，（U1：U2=R1：R2，即电流相同时，大电阻分到大电压，小电阻分到小电压），灯泡的亮暗取决于灯泡的实际功率。对应课标中的要求是：知道电压、电流和电阻概念。通过实验，探究电流与电压、电阻的关系。理解欧姆定律。了解串、并联电路电流和电压的特点。会使用电流表和电压表。知道用电器的实际功率和额定功率。本题属于理解层次的考查要求与课标要求相一致。
题目分析
中考趋势：本题是一道实验综合题，主要考查学生平常实验操作过程遇到的电路故障现象的分析，更侧重于电路的分析。电路的故障现象及分析既是平时学生学习的难点也一直是近几年中考的热点，也是学生丢分的重灾区。
試题的优点：本题难度不大，却包含串联电路故障的典型特征，作为突破电路故障分析，这种题型的引入，由简入难，符合学生的认知规律。
电路故障分析一般的解题过程：①引导学生通读全题，明确已知条件与所问问题。②仔细阅读电路图，明确各个元件的连接关系。③整理解题思路，运用相关物理知识、规律来完成解答。
2 说分析审题
引导审题
（1）读图：发现当S闭合时，灯泡L1、灯L2组成串联电路，闭合开关后，两灯发光，说明电路的连接没有问题，一同学不小心把L1的玻璃外壳打破了，结果L1熄灭，L2却更亮了说明灯L2也没问题，问题出在灯L1上。
（2）隐含条件：电路出现故障后，L2能亮说明灯L2没什么问题。
3 说解题思路
一般解法：先“整体”后“个体”，“整体”：两灯串联，故障时一灯亮一灯不亮，说明整体的电路是完整的没有发生“开路”。“个体”之一L2能亮说明灯L2没什么问题，“个体”之二L1不能亮说明：
①灯L1有故障：要么开路；要么短路；
②灯L1有其他问题。
分析学生
学生在做题时的难点：
①基础薄弱的学生分不清“开路”和“短路”，乱猜乱做；
②基础一般的同学可以顺利完成（1）、（2）小题；（3）小题思维断路，无从下手；
③基础扎实的优秀生可以根据串联电路的提点，串联电路电压、电功率的知识得到第（3）小题的正确答案。
如何让基础薄弱和基础一般的学生解答这一类的电路故障分析题呢？我是采取先让学生理解和掌握串联电路的电压、电流、电阻关系的基础上，根据欧姆定律、电功、电功率的公式推导出串联电路的电流、电压、电阻、电功、电功率的分配规律来分析此类的问题。
①首先根据串联电路电流各处相等的特点（I1=I2），根据欧姆定律：R=■电功、电功率的公式W=UIt，P=UI，推理得到：串联电路中：
U1：U2
W1：W2 =R1：R2
P1：P2
规律：（串联电路中，除了各处的电流相等，其它（电压、电功、电功率）均与电阻成正比），即“串联电路的电压分配率”。
②电路发生“短路处”其电阻接近于“0”可以看做“0”，电路发生“开路处”可以看做一个“超级大电阻”（超大）
这样串联电路的故障分析，可以利用“串联电路的电压分配率”来分析：看故障后各个用电器分到的电压来分析：如果是发生“短路”，“短路”是个“0电阻”，只能分到“0电压”；如果是发生“开路”，“开路”是个“超级大电阻”，分到“电路中的电源电压”。
③如果单独检测两个灯泡都没问题，电路的连接也没问题，但是两灯串联在电路中一灯亮，一灯不会亮，根据上述规律，只能是其中亮着的灯的电阻远远大于不亮的灯的电阻（即亮的灯因其电阻远远大于不亮的灯电阻，分到的电功率也远远大于另一盏灯）。
正确答案：（1）串联；（2）L1两端电压为零，L2两端电压为电源电压；（3）B
4 说拓展延伸
原题拓展：
（1）实验课上，同学们把两个相同规格的小灯泡连接在如图2所示的电路中，闭合开关后，两灯发光，过了一会儿，其中一盏灯熄灭，用电压表测出L1两端电压为3V，L2两端电压为0则（ D ）
A. L1灯开路 B. L2灯开路
C. L1灯短路 D. L2灯短路
（2）实验课上，同学们把两个相同规格的小灯泡连接在如图2所示的电路中，闭合开关后，两灯发光，过了一会儿，其中一盏灯熄灭，用电压表测出L1两端电压为0V，L2两端电压为3V则（ C ）
A. L1灯开路 B. L2灯开路
C. L1灯短路 D. L2灯短路
（3）实验课上，同学们把两个相同规格的小灯泡连接在如图2所示的电路中，闭合开关后，两灯都发光，过了一会儿，两灯都熄灭，用电压表测出L1两端电压为3V，L2两端电压为0则（ A ）
A. L1灯开路 B. L2灯开路
C. L1灯短路 D. L2灯短路
（4）实验课上，同学们把两个相同规格的小灯泡连接在如图2所示的电路中，闭合开关后，两灯都发光，过了一会儿，两灯都熄灭，用电压表测出L1两端电压为0V，L2两端电压为3V则（ B ）
A. L1灯开路 B. L2灯开路
C. L1灯短路 D. L2灯短路
5 总结串联电路故障的解题思路
（1） 引导学生读懂电路图并通读全题找出已知条件及隐含条件；
（2）分清故障引起的原因：①开路（两灯都不亮）；②短路（一灯亮一灯不亮）③两灯电阻相差太大（即亮灯的电阻远远大于不亮灯的电阻）
（3）根据串联电路的特点和串联电路电压、电功、电功率的分配规律来分析和解决问题。
6 说反思感悟
电路故障分析对学生运用物理知识来分析电路的要求较高，从近几年的中考来看一般都作为实验综合考查题，而学生的得分率也很低，所以要加强根据电路特点及其他物理量的分配关系的这种解法引导和强化训练。
在电学新课的传授过程中要注意电学基础的夯实，特别是《了解电路》、《探究电路》这两章电学的基础。而串联电路的特点及串联电路各物理量的分配关系更是需要学生在掌握好串并联电路的基础上结合欧姆定律来进行推导，而电路故障的分析正是这些知识和规律的实战演习，要引导学生在平常实验操作中遇到电路故障时多多分析、多问几个为什么，就可以顺利地解答电路故障的分析题目。
摘 要：“初中物理串联电路故障”是初中学生刚接触电学在日常实验中经常接触到的问题，学生经常搞不清故障的原因，更谈不上对故障的原因进行系统的分析，本文以2008年浙江台州市的一道中考题为例，简述如何教会学生应用串联电路中的“电压分配率”对各种常见的故障进行简单有效地分析和查找，更好地使学生将理论学习与具体的实践相结合。
关键词：串联电路；故障；电压；解题
引言
原题再现
浙江省台州市2008年中考的第13题
实验课上，同学们把两个相同规格的小灯泡连接在如图1甲所示的电路中，闭合开关后，两灯发光。此时，一同学不小心把L1的玻璃外壳打破了，结果L1熄灭，L2却更亮了。这是为什么呢？他们提出猜想：
猜想一：可能L1处发生开路；猜想二：可能L1处发生短路。
（1）根据 （填“串联”或“并联”）电路的特点，可知猜想一是不正确的。
（2）针对猜想二，同学们找了一只电压表，分别并联在L1，L2两端，如图乙所示，假如猜想二成立，则两次读数有何特点？
（3）实验发现两次电压表均有明显读数，且L1两端电压比L2两端电压小。说明猜想二也不正确.你认为L1熄灭、L2更亮的原因可能是 。
A.L1电阻变大 B.L1电阻变小
C.L2电阻变小 D.L1功率变大
1 说题目立意
这道中考题考查的主要知识点：串联电路的电流、电压特点，由欧姆定律导出的串联电路的电压分配率的特点，（U1：U2=R1：R2，即电流相同时，大电阻分到大电压，小电阻分到小电压），灯泡的亮暗取决于灯泡的实际功率。对应课标中的要求是：知道电压、电流和电阻概念。通过实验，探究电流与电压、电阻的关系。理解欧姆定律。了解串、并联电路电流和电压的特点。会使用电流表和电压表。知道用电器的实际功率和额定功率。本题属于理解层次的考查要求与课标要求相一致。
题目分析
中考趋势：本题是一道实验综合题，主要考查学生平常实验操作过程遇到的电路故障现象的分析，更侧重于电路的分析。电路的故障现象及分析既是平时学生学习的难点也一直是近几年中考的热点，也是学生丢分的重灾区。
試题的优点：本题难度不大，却包含串联电路故障的典型特征，作为突破电路故障分析，这种题型的引入，由简入难，符合学生的认知规律。
电路故障分析一般的解题过程：①引导学生通读全题，明确已知条件与所问问题。②仔细阅读电路图，明确各个元件的连接关系。③整理解题思路，运用相关物理知识、规律来完成解答。
2 说分析审题
引导审题
（1）读图：发现当S闭合时，灯泡L1、灯L2组成串联电路，闭合开关后，两灯发光，说明电路的连接没有问题，一同学不小心把L1的玻璃外壳打破了，结果L1熄灭，L2却更亮了说明灯L2也没问题，问题出在灯L1上。
（2）隐含条件：电路出现故障后，L2能亮说明灯L2没什么问题。
3 说解题思路
一般解法：先“整体”后“个体”，“整体”：两灯串联，故障时一灯亮一灯不亮，说明整体的电路是完整的没有发生“开路”。“个体”之一L2能亮说明灯L2没什么问题，“个体”之二L1不能亮说明：
①灯L1有故障：要么开路；要么短路；
②灯L1有其他问题。
分析学生
学生在做题时的难点：
①基础薄弱的学生分不清“开路”和“短路”，乱猜乱做；
②基础一般的同学可以顺利完成（1）、（2）小题；（3）小题思维断路，无从下手；
③基础扎实的优秀生可以根据串联电路的提点，串联电路电压、电功率的知识得到第（3）小题的正确答案。
如何让基础薄弱和基础一般的学生解答这一类的电路故障分析题呢？我是采取先让学生理解和掌握串联电路的电压、电流、电阻关系的基础上，根据欧姆定律、电功、电功率的公式推导出串联电路的电流、电压、电阻、电功、电功率的分配规律来分析此类的问题。
①首先根据串联电路电流各处相等的特点（I1=I2），根据欧姆定律：R=■电功、电功率的公式W=UIt，P=UI，推理得到：串联电路中：
U1：U2
W1：W2 =R1：R2
P1：P2
规律：（串联电路中，除了各处的电流相等，其它（电压、电功、电功率）均与电阻成正比），即“串联电路的电压分配率”。
②电路发生“短路处”其电阻接近于“0”可以看做“0”，电路发生“开路处”可以看做一个“超级大电阻”（超大）
这样串联电路的故障分析，可以利用“串联电路的电压分配率”来分析：看故障后各个用电器分到的电压来分析：如果是发生“短路”，“短路”是个“0电阻”，只能分到“0电压”；如果是发生“开路”，“开路”是个“超级大电阻”，分到“电路中的电源电压”。
③如果单独检测两个灯泡都没问题，电路的连接也没问题，但是两灯串联在电路中一灯亮，一灯不会亮，根据上述规律，只能是其中亮着的灯的电阻远远大于不亮的灯的电阻（即亮的灯因其电阻远远大于不亮的灯电阻，分到的电功率也远远大于另一盏灯）。
正确答案：（1）串联；（2）L1两端电压为零，L2两端电压为电源电压；（3）B
4 说拓展延伸
原题拓展：
（1）实验课上，同学们把两个相同规格的小灯泡连接在如图2所示的电路中，闭合开关后，两灯发光，过了一会儿，其中一盏灯熄灭，用电压表测出L1两端电压为3V，L2两端电压为0则（ D ）
A. L1灯开路 B. L2灯开路
C. L1灯短路 D. L2灯短路
（2）实验课上，同学们把两个相同规格的小灯泡连接在如图2所示的电路中，闭合开关后，两灯发光，过了一会儿，其中一盏灯熄灭，用电压表测出L1两端电压为0V，L2两端电压为3V则（ C ）
A. L1灯开路 B. L2灯开路
C. L1灯短路 D. L2灯短路
（3）实验课上，同学们把两个相同规格的小灯泡连接在如图2所示的电路中，闭合开关后，两灯都发光，过了一会儿，两灯都熄灭，用电压表测出L1两端电压为3V，L2两端电压为0则（ A ）
A. L1灯开路 B. L2灯开路
C. L1灯短路 D. L2灯短路
（4）实验课上，同学们把两个相同规格的小灯泡连接在如图2所示的电路中，闭合开关后，两灯都发光，过了一会儿，两灯都熄灭，用电压表测出L1两端电压为0V，L2两端电压为3V则（ B ）
A. L1灯开路 B. L2灯开路
C. L1灯短路 D. L2灯短路
5 总结串联电路故障的解题思路
（1） 引导学生读懂电路图并通读全题找出已知条件及隐含条件；
（2）分清故障引起的原因：①开路（两灯都不亮）；②短路（一灯亮一灯不亮）③两灯电阻相差太大（即亮灯的电阻远远大于不亮灯的电阻）
（3）根据串联电路的特点和串联电路电压、电功、电功率的分配规律来分析和解决问题。
6 说反思感悟
电路故障分析对学生运用物理知识来分析电路的要求较高，从近几年的中考来看一般都作为实验综合考查题，而学生的得分率也很低，所以要加强根据电路特点及其他物理量的分配关系的这种解法引导和强化训练。
在电学新课的传授过程中要注意电学基础的夯实，特别是《了解电路》、《探究电路》这两章电学的基础。而串联电路的特点及串联电路各物理量的分配关系更是需要学生在掌握好串并联电路的基础上结合欧姆定律来进行推导，而电路故障的分析正是这些知识和规律的实战演习，要引导学生在平常实验操作中遇到电路故障时多多分析、多问几个为什么，就可以顺利地解答电路故障的分析题目。
