电路故障教学案（通用11篇）
——断路和短路专题
教师：吕伟强
单位：第五初中
电路故障教学案
——断路和短路专题
教学目标:
1、通过学生的自主学习活动，让学生理解电路的三种状态。认识电路中的等效作用。
2、通过学生的合作探究活动，提高学生判断电路故障的能力，并能归纳出一般的解题思路。
3、通过强化训练活动，提高学生利用已学知识解决电路故障问题的能力。
4、让学生知道通常的电路故障为断路和短路。
教学重点：
能正确判断短路和断路对电路的影响，灵活运用等效法简化复杂电路。
教学方法：探究法、讨论法、归纳法、练习法 教学过程：
一、自主学习，夯实基础
让学生自己对已学知识的再现，能够正确的理解电路的三种状态，通路即接通的电路，电路中有电流，用电器工作。
断路（开路）即断开的电路，电路中没有电流，用电器不能正常的工作。而对于短路则分两种情况，一种是电源被短路，一种是部分电路被短路。
在分析等效的时候，在分析电路时把电流表等效为导线，原因是电流表的内阻很小，可以忽略不计。电压表等效为断路，原因是电压表的内阻很大。闭合的开关其实就是导线，被短路的部分可以理解为导线。
能够正确的理解断路和短路对电路的影响。
（一）、电路的三种状态：
1、通路：。
2、断路（开路）：。
3、短路：两种情况 ①。
②。
（二）、分析电路的两种等效
① 电流表可以等效为。原因是：电流表的内阻很，可以忽略不计。
②电压表可以等效为。原因是：电压表内阻很，电流几乎无法从电压表通过。
（三）、两种电路故障问题出现的形式： 断路 和 短路
二、合作探究，归纳方法：
通过探究一让学生体验电路中不同位置的断路和短路对电路的影响，能够理解当与电压表并联部分发生断路时候，相当于电压表串联在电路中，此时其他用电器虽然不工作但仍然可以导电，可以等效为导线，电压表有示数，相当于电压表直接测量电源的电压。
通过探究二让学生理解同一个电路中当开关断开闭合情况不同时，电路发生了不同的变化。电压表的测量结果要发生变化。让学生进一步的体会到等效的方法对解决电路故障问题带来的方便。
通过两个合作探究活动，让学生能够自己归纳总结出属于自己的探究方法。并能够利用已学知识来进行解决其他电路故障问题。
探究一：根据下面的电路图，当开关闭合时，探究以下问题。
L2 L1
① 若L1断路，L1，L2，电流表 示数，L1的电压，L2的电压。② 若L2断路，L2，L1，电流表 示数，L1的电压，L2的电压。③ 若L1短路，L1，L2，电流表示数变，L1的电压，L2的电压。④ 若L2短路，L2，L1，电流表示数变，L1的电压，L2的电压。
探究二：根据下面的电路图，探究以下问题。
闭合开关时，电流表A与A1的示数相同，则原因可能是（）A．L1短路 B．L2短路 C．L1断路 D．L2断路
小组讨论归纳出属于自己的解题思路：
1.串联电路：如果是串联电路发生故障，一般电路中电流变大的是短路，电路中没有电流的是断路。
2.串联电路中如果有一盏灯亮，另外外一盏灯不亮。说明这个电路可能发生了短路现象，谁不亮谁短路。
3.串联电路中如果所有灯都不亮，说明电路可能中发生了断路现象。4.用电压表判断串联电路故障。有句口诀送给大家：“谁断谁有压，谁短谁无压。” 5.小技巧：当电压表串联在电路中时，其他用电器不工作，充当导线。电路中电流几乎为零，电压表有示数为电源电压。
并联电路：如果是并联电路发生故障，初中物理只考断路（短路会导致电源短路，一般不考），一般电流减小或用电器不工作的支路就是断路的位置。
三、强化训练，提升能力
1、某同学在进行电路连接实验时，不慎将两电表的位置对调了，误接成如图所示电路，两只电表的量程选择是正确的，则开关S闭合后()A．电流表损坏，电压表读数为零 B．电流表有读数，电压表读数为零 C．电流表读数为零，电压表有读数 D．电流表、电压表均损坏 2．如图各元件都完好，但闭合S后，只有L1发光，故障可能是（）A.干路部分导线断了 B.L2被短路了
C.开关S被短路了 D.L2断路或与灯座接触不良
3、如下图所示，S闭合后，两个灯泡均不发光，但电压表的指针却有明显的偏转，该电路的故障可能是()A．L1被短路了
B．L2的灯丝烧断或灯座与灯泡没接触 C．L1和L2的灯丝都被烧断 D．L1的灯丝被烧断
4、如图所示的电路，闭合开关，小灯泡正常发光若将小灯泡和电流表的位置互换，则合上开关后的现象是
A．小灯泡不发光
B．小灯泡会烧坏
C．小灯泡仍正常发光
D．电压表和电流表都没有示数
5、如图所示的电路中，电源电压为8伏，当开关S闭合后，只有一只灯泡发光，且电压表的读数为8伏，发生这一现象的原因可能是（A．灯L1短路
L2 B．灯L1开路 C．灯L2短路 L1 D．灯L2开路
6、如图所示电路中，电源电压恒定不变，电路工作正常，一段时间后，发现其中一个电压表示数变大，则：（）
A、灯L可能变亮 B、灯L亮度可能不变 C、电阻R可能断路 D、电阻R可能短路
7、如图，当开关闭合时，电灯L1、L2发光，过一段时间后其中一盏灯突然熄灭，而电流表，电压表的示数都不变，产生这一现象的原因是：
A、L1短路
B、L2短路
C、L1断路
D、L2断路
8、如图所示电路，闭合开关时，灯泡都不亮，电压表示数接近电源电压，则原因可能是（）A、ab间断路 B、bc间断路 C、cd间断路 D、ad间断路
课堂总结：
我的收获：
我的疑问：
板书设计：
自我点评：
在授课过程中充分调动了学生的积极性，让学生动脑思考，亲自体验探究的过程，让学生充当课堂的主角。探究过程充分利用了集体优势，体现了物理学习方法中的合作交流环节。在教师的引导下，学生可以通过探究、讨论、合作交流等方式在理性和感性上很好的掌握短路和断路的知识。能够正确的判断出短路和断路对电路的影响。
一分析电路出现故障的情况
因家庭电路故障题目相对比较简约, 本文只针对实验电路障碍图进行分析, 电路如果出现故障, 那么该电路就不存在正常的外在现象。如会出现灯泡不亮、电流表指针不转动、电压表显示为零等情况。根据电表在电路中不同的应用方法, 可以把这类故障划分为以下情况。
1. 电流、电压表固定测试
以下表为例, 根据电压表示数得出下列故障分析情况:
在表中, 出现 (1) 故障的原因是电压表与灯泡L1并联在一起, 因此L1所在的支路不包含干路之中。 (2) 表示电压表串联接入电路中, 由于电压表电阻比灯泡的电阻要大, 依照串联电路分压作用, 电压表两侧的电压也远大于灯泡的电压, 通常认为与电源电压相等。出现 (3) 故障的因素并未考虑电压表或电流表坏了的因素, 由上表可以得出, 出现不同的故障其表现出现的现象也不同, 因此, 可以让学生从外在现象对出现的电路故障进行判断。基于上表进行解题时, 重点在于充分理解电路出现故障的原因及产生的现象, 不主张死记硬背。
2. 电压表移动测试
如果电压表的示数不是零, 一定存在电流流入电流表的情况, 从而经过推断可以得出干路不断的答案。反之, 如果电压表的示数为零, 那么可以断定流经电压表的某个支路一定出现断路的情况。
二初三物理电路故障教学的策略
1. 解析电路出现故障的解题步骤
在电路中, 电流电压会随着电阻的变化而改变, 这类问题学生大都觉得不好理解, 通过实际分析, 教师得出以下解题步骤, 日后再次碰到这类问题就比较容易解决。首先依照电阻的变化情况来判定总电阻的变化状态。采用欧姆定律对电表变化情况进行判断, 如果欧姆定律也不能判定时, 改用串并联电路内的电压、电流, 经过分析讨论得出电阻运行规律。必须注意:并联电路和电路中总电压两端的电压, 不管电阻怎样变化, 电压表的示数应一直不变。
2. 主动探究, 分析电路出错的情况
引导学生运用所学知识对串联、并联电路中出现的故障进行分析, 并进行验证达到排除故障的效果。如可以让学生从以下方面分析电路出错的情况: (1) 检查是否出现电源短路, 就是指电流没有经过用电器直接返回电源负极。 (2) 观察电压表、电流表及正负极导线是否接错了, 或没有选取合适的量程。 (3) 观察是否出现局部短路的情况, 受到短路的用电器无法正常工作, 如所用灯泡不亮, 或者存在接错滑动变阻器的情况。同时鼓励学生自主进行探究, 为学生提供自己动手操作的机会, 让学生产生乐于探索的心态。
3. 优化分组, 采用电压、电流表分析电路故障
让学生进行分组实验, 在引导学生掌握实验原理的同时允许学生自己设计方案, 确保教学活动与学生自主学习合理结合, 达到深化所学知识、开阔学生视野的效果。让学生学会正确运用电流表、电压表, 采用电压表对短路进行检查, 对每个电器电压进行测量, 如果电压是0, 则是短路;采用电压表检查是否存在断路的情况, 测量时各个电器都为0, 如果突然出现某个电源电压, 则出现断路的情况。当学生具备电路电压、电流表的相关知识和技能之后, 教学中教师可以为学生创设问题情境, 达到最佳的教学效果。采用电流表对电路故障进行检查较为麻烦, 由于电流表必须串联在电路中。同时整个电路都处于串联的状态, 各处的电流都基于相等状态, 进行测量时不容易实施, 通常不采用电流表检验串联电路出现的故障。如果必须采用电流表对电路故障进行检测, 可以把电流表串联在主回路中, 之后把电路中的所有用电器拆除, 如果某一个用电器拆除前后电流没有变化, 则是短路, 如果电流由无变有, 则是断路。对电路进行并联, 把电流表一次串接各个支路内, 不出现电流的是断路, 并联电路不能出现短路, 否则会出现烧坏电源的情况。同时采用电压表对电路故障进行并联, 基本不能进行测量。
参考文献
[1]吕剑平.杜威的“在‘做’中学”教学理论给初中物理教学的启示[J].读与写 (教育教学刊) , 2014 (2)
关键词：初三物理；电路故障；教学策略
在初中教育活动中物理科目从初二开始设置，电路方面的知识则从初三才开始讲授，初三学生平常对电路接触不多，在学习电路故障知识过程中通常会遇到不少障碍和困惑。为此，初三物理教师在电路故障教学实践中，应当采用多种科学有效的策略帮助学生分析和理解电路故障原因，让他们善于发现和解决问题，这对于提升物理整体教学质量来说意义重大。
一、认真研究物理电路故障问题的解题步骤
在初三物理电路故障教学过程中，所有电路问题中的电阻变化均会影响到电压和电流的变化，这类物理题目，大部分初三学生在解题时都会感到有些许难度。所以，初三物理教师可根据电路故障题目进行认真研究和分析，着重讲解电路故障问题的解题步骤，使学生以后遇到同类物理题目时能够更快、更有效地进行解题。当然这种解题思维并不是一成不变的，教师还需培养学生的思维灵活性，让他们做到随机应变和灵活应用。
以“欧姆定律及其应用”教学为例，本节课的教学目标是学生巩固深化对欧姆定律的理解和认识，能够在具体情境中灵活运用欧姆定律解决实际问题，使他们进一步正确掌握使用电流表和电压表的方法。在解决与欧姆定律相关的物理题目时，教师可这样讲述解题步骤：先根据电阻的实际变化情况，以此辨别总电阻的数据变化，而对于电流表的变化能够利用欧姆定律来实现，假如欧姆定律无法辨别出来，可让学生使用并联、串联电路中电流和电压的数据变化，以此研究出电阻的变化规律。但是需要注意的是，在并联电路中总电压两侧的电压并不会因电阻变化而变化，电压表数据是不会改变的。
二、学生主动探究分析电路故障的具体原因
在初三物理电路故障课程教学中，为帮助学生更好地解决电路故障问题，教师需引导学生主动探究和分析电路出现故障的具体原因，根据具体原因处理电路故障问题。这就要求初三物理教师在日常教学中注重培养学生的探究能力，对他们进行合理恰当的指引，使其运用学习过程的电路知识和固有的经验基础，认真研究并联和串联电路中发生故障的常见原因，并对这些原因进行分类归纳和整理，让学生形成独立解决电路故障的能力。
例如，对于初三物理中电路故障问题，教师可引领学生这样分析故障产生的原因。其一，先利用仪器来测量电源是否出现短路现象，即为电流直接返回到电源的负极，中间并不经过任何电器。其二，认真查看电流表、电压表，以及正负极导线连接得是否正确无误，选择的量程是否适当合理。其三，着重查看整个电路是否存在短路现象，导致电器无法正常工作，诸如，滑动变阻器的接入是否正确和灯泡不亮等。另外，教师应鼓励学生进行自主分析，或者让他们以小组为单位进行电路故障排查，培養合作探究能力。如此让学生对电路故障进行探究，他们的探究能力能够在不知不觉中得到锻炼和提升。
三、优化分组，采用电压电流表分析电路故障
为进一步提高初三学生解决物理电路故障问题的能力，教师可将他们进行科学分组，引导学生合作探究电路实验和理论知识，并鼓励他们自主设计实验方案和亲自操作实验。这样能够促进物理电路故障理论知识与实践操作的有机结合，不仅能帮助学生巩固理论知识，还能提升他们的实验操作水平，并拓展知识视野。因此，初三物理教师需要对学生优化分组，让他们学会采用电压表和电流表来分析电路故障，并解决电路故障问题。
比如，常见的电路故障一般有两种：断路和短路，假如电压表的数据和电源相同时表示发生断路故障，如果电压表的数据是零则表示电路直接进入到电流表，出现短路故障。电流表通常出现在串联电路中，利用电流表来检查电路故障相对较为麻烦，原因在于各个电器属于串联所有的电流数据一样，很难测出故障。如果一定需要电流表进行检测的话，应将电流表串联到回路上，然后再将各个电器挨个从电路中取出。假如当某一个电器取出之后电流表数据没有发生改变，即可判定为短路，电流从无到有则可认为是断路。在并联电路中可通过电流表挨个各个支路，当电流表数据显示为零时表示出现断路故障。
总之，在初三物理电路故障教学活动中，教师需意识到该部分教学内容的重要性，从认真研究解题步骤，培养学生探究能力找出故障原因，以及利用电压表和电流表等方法来检测电路故障等角度切入，不断提高他们的物理综合素质。
参考文献：
[1]聂友明.初中物理电路故障的判断方法与教学技巧[J].中学生数理化（教与学），2016（5）：29.
[2]李咸启.初中物理电路故障的判断方法与技巧[J].中学物理，2014（24）：92.
[3]张加兴.如何判断初中物理电路故障综述[J].新课程（中），2015（8）：73.
经典例题
“三个代表”突破电路故障问题
其实故障电路常爱与“三个代表”一起考。“三个代表”指电流表，电压表和灯泡。当某个灯泡变得不正常时，根据以下步骤轻松诊断“病根”：
1、根据电流表判断故障类型：电流表示数变大(包括从无到有)——短路。电流表示数变小或者不变——断路。
2、判断短路、断路之后，根据电压表决定故障位置：如果是短路问题——示数变小的电压表所测量的对象为故障用电器。如果是断路问题——示数变大的电压表所测量的对象为故障用电器。(并联电路中要注意根据支路电流的变化来判断哪条支路有问题)
经典例题：
结合上面的内容，是不是觉得电路故障问题容易了一些?但是，如果电路中只有一种电表，那该怎么做?同样，我们也可以运用上面的方法来解决：
经典例题：
动态电路分析攻略动态电路实际上考查了电压电流规律和欧姆定律的综合运用……听起来很难?别担心，当电路中的某个器件发生变化时，我们只要先判断电阻变化，然后判断电流变化，最后得出电压变化：
当然，在运用技巧之前，首先得判断串并联，然后找到各电表的测量对象，并且要清楚电路特点：
一、铃声异常
（1）电话机挂机时铃响不断。一般是电话机振铃电路中的电容被击穿短路，使收铃器输入失去直流作用。挂机时外线直流外线馈电电压为振铃集成IC提供工作电源，所以挂机时铃响不断。一般只要更换打振铃电容就可以了。如果振铃电容没坏，应检查抑制电路板是否漏电或是否由于焊点处理不当而短路。
（2）脉冲拨号时铃响。这是振铃输出变压的初、次级线圈相碰接引起的。这种故障是因为在电话机摘机后有直流馈电电流通过振铃集成IC。在摘机后，其外线端电压较低，收铃器不会响铃，但当脉冲拨号是，脉冲电压幅度较大足以使收铃器发出铃响。检测振铃集成IC输出端部分的抑制电路电路板和焊点，如果没有相碰，则更换变压器就可以了。
（3）铃声小。检查在收铃状态下集成IC的直流电压是否为25~27V。若低于正常值较多，应检查输出耦合电容是否漏电或击穿短路，若电压基本正常，应检测输出衰减电阻阻值是否变大，开关、线圈是否局部短路，否则就是IC性能不良。
二、无振铃
（1）当整流桥中任意一只二极管断路后，桥式全波整流会变为半波整流，这是振铃电容只有充电回路而无放电回路，从而失去了充放电作用而不能通过交流电。可见，铃声电流不能通过振铃电容，以致振铃IC得不到电源而不能工作。
（2）当电话机出现无振铃故障时，要在振铃状态下按以下步骤检查。
①测量整流桥输入交流电压。正常时约为60V；若接近0V，应检测振铃电容和降压电阻是否断路，开关是否损坏或引线是否脱焊。
②测量振铃IC的直流电压。正常时为25~27V；若接近0V，应检查整流、滤波电路是否被击穿短路，整流桥是否有二极管损坏，否则就是振铃IC内部短路。
三、铃响失真
（1）电话机响铃时，只响一下，接机后听到拨号音，不能通话。这种故障的原因一般是压敏电阻RV1接解不良或参数改变。当铃响一下后，振铃电压使的RV1阻值下降，相当于电话机摘机，交换机自动切断铃流，此后，RV1阻值又慢慢变大，使电话机恢复原来的挂机状态。所以只响一下铃，拿起手柄只能听到拨号音。只要换一只压敏电阻就可以了。此外抑制电路板受潮、氧化或漏电，也有可能出现这种故障。这时只要对电路板进行清洗烘干就可以了。（2）电话机响铃出现单音，即铃响出现连续的“嘟----”声，这就是响铃失真故障。这种故障一般是超频振荡器频率不正常或停振引起的，应检测超低频振荡器及外接元件是否良好，超低频振荡器有无虚焊、短路等，否则就是超低频振荡器内部损坏。
（3）铃声嘶哑是响铃失真故障，一般是超低频振荡器直流供电滤波不纯所致，应检测滤波电容是否失效或虚焊，否则就是超低频振荡器内部损坏。
四、摘机后电话不通
（1）当电话机只能收铃，不能送、受话时，电源定向电路的4只二极管中必有1只断路或短路。若摘机后，测量外线端直流电压约为48V，把两根外线对调后电压变为6~9V，则是电源定向电路中有1只二极管断路;如果摘机后测量外线直流电压接近0V，把两根外线对调后电压为6~9V，则是电源定向电路中有1只二极管击穿短路。更换损坏元件就可以了。
（2）叉簧开关接触不良、引线脱焊或供电电路故障。
五、脉冲拨号是拨号音不断
脉冲拨号方式的缺点是拨号速度慢，会产生波形畸变，可能出现错号；脉冲信号幅度较大，容易产生线间干扰。双音频拨号方式的优点是拨号速度快，信号在载波电话系统中传输更为方便。采用双频制音频信号，能提高抗干扰能力，减少交换机接通的差错，从而提高交换机的接通率。双音频拨号方式特别适用于程控交换机。
脉冲拨号时听到脉冲发出的“喀喀”声，说明拨号IC工作正常。拨号音不断，一般是拨号脉冲信号振幅过低所致。在脉冲开关中，定有一只管特性不良或其偏置元件变值。若电源定向电路中的二极管、整流二极管的反向电阻过小、压敏电阻和过压保护稳压管VD性能不良，也会出现这种故障。
六、不能脉冲拨号
双音频拨号正常，但不能脉冲拨号的故障是对于拨号方式具有脉冲/双音频兼容的电话机来说的。先检查P/T开关是否置于“P”位置。HA868（III）P/TSD型按键电话机在选择双音频拨号时，拨号集成电路IC的14脚是拨号选择端P/T，该脚接正电源VDD时，为脉冲式拨号；该脚接负电源VSS时，为双音频式拨号。应检测脉冲开关管及偏置元件是否损坏、虚焊。
七、不能双音频拨号
脉冲拨号正常，但不能双音频拨号的故障也是对具有脉冲/双音频兼容的电话机来说的。先检查P/T开关是否置于“T”位置。测量拨号集成电路IC的14脚应为0V，否则应检测P/T选择开关SA4是否损坏或焊点不良。然后在拨号时测量拨号集成IC的11脚（TONEOUT端）电压，其值应为1.6V左右，如无电压输出，一般是拨号集成IC损坏；若输出电压正常，则应检查双音频放大管及其偏置、输出元件是否损坏、虚焊。
八、按键拨号不正常
键盘数码某一字键不能拨号，一般是该字键构件损坏，如导电橡胶老化、不清洁、脱落等原因造成的。键盘某一行或某一列不能拨号，一般是拨号集成电路至键盘连接排线断线或焊点脱焊、虚焊所致，否则就是拨号集成电路内部损坏。键盘某相邻的两行或两列字键不能拨号，一般是拨号集成电路相邻的引出脚或键盘的连接排线焊点搭锡造成短路所致。
例如：若纵列2、5、8、0不能拨号，一般是拨号集成IC的2，3脚短路；若横行4、5、6不能拨号，一般是集成IC的19，20脚短路。
九、无送、受话
测量通话集成电路IC的1脚电压，正常时约为4V，否则，应该检查叉簧是否接触不良，整流二极管是否接触不良或脱焊，滤波电容是否短路；若这些元件都无不良，则是通话集成IC内部损坏。
十、无送话
用镊子碰通话集成IC时，从受话放大器中听到感应交流杂音，说明是送话输入电路有问题，应检查话筒线、送话器及供电可调电阻是否良好；外围元件是否接触不良。若碰触通话集成电路IC输入脚时，受话器无声音发出，应检测通话集成电路IC输入、输出之间是否虚焊，否则是通话集成IC损坏。
十一、无受话
用镊子碰通话集成IC时，从受话放大器中听到感应交流杂音，说明放大电路基本工作正常，应检测外围电阻、电容是否损坏或虚焊。若碰触通话集成电路IC没有发出声音，应检测受话器及话筒线是否良好；二极管整流是否被击穿短路；滤波电容是否断路、失效或虚焊，否则就是通话集成IC损坏。
十二、受话音小
受话音小，一般是受话器灵敏度降低所致。若受话器良好，应检查旁路电容是否漏电。是否内部干枯容量减小，外围阻值是否变大，否则就是通话集成电路内部接触不良引起放大倍数下降。接在通话集成电路5脚与6脚间的电阻是接收放大器的负反馈外接元件，适当增大电阻可提高接收音量。若以上处理还是不行，则只能换通话集成电路。
十三、发送音小
发送音小的故障，一般是送话器的灵敏度降低所致。其次就是可调电阻接触不良或变值所致。若换送话元件还不能处理，则换通话集成电路。
十四、免提无送、受话
免提无送、受话一般发生在送话和受话的公用电路中，要着重检查电源供电电路。测量免提电源稳压管两端电压，若大于5V，说明电源供电正常，那么就要检测滤波电容是否断路或失效，变压器初级线圈是否断线，电源滤波扼流圈是否断路。若测量稳压二极管两端电压接近0V，说明电源供给电路有问题，应检查叉簧开关是否引线脱焊或接触不良。
十五、免提送音小
（1）检查送话器是否灵敏度降低，其供电电路的负载电阻R是否变值（2）检查放大管是否特性不良，或前置放大是否增益下降。将可调电阻的阻值调小一些，可以提高发送音量。
（3）发送信号主要由功放IC的放大器进行放大，其增益下降是造成送话音小和主要原因。应重点检查反馈元件是否阻值变大，功放IC的旁路电容是否容量减小。
（4）供电电路故障
十六、免提受话音小
(教材P29～30)
授课时间：______________累计____1____课时
电路出故障了
新授课
教学目标
科学知识目标
1.知道利用电来点亮小灯泡需要一个完整的电路。
2.知道电路出故障了，电流就会中断。
科学探究目标
1.能够制作一个电路检测器。
2.能够应用电路检测器检测并排除电路中的故障。
科学态度目标
培养尊重他人意见、敢于提出不同见解、乐于合作与交流的精神。
科学、技术、社会与环境目标
1.根据科学原理，通过改造简易电路能够制作出电路检测器。
2.初步了解人类的需求是影响科学技术发展的关键因素。
教学重难点
重点：利用电路检测器检测电器元件的故障并排除故障。
难点：掌握正确解决问题的思考过程。
教学准备
为学生准备:每组2~3个小灯泡、导线若干、电池、电池盒、灯座、坏的小灯泡、没有剥皮的导线、废电池、形成断路的电池盒、1套做电路检测器的材料、学生活动手册。
教师准备:“电路故障检测记录表”班级记录表、教学课件。
聚焦
1.引入：上一节课，我们学会了连接包含有电池盒、灯座和开关的简易电路，也知道了开关具有控制电路通与断的作用。闭合开关，小灯泡发光；断开开关，小灯泡熄灭。
2.提问：为什么闭合开关，小灯泡会亮，而断开开关，小灯泡就熄灭呢？（预设：闭合开关时，电流从电池的正极经过导线和小灯泡流回到电池的负极，形成了一个完整的电路，所以小灯泡会发光。而断开开关时，电路不是闭合回路，没有电流经过小灯泡，所以小灯泡熄灭。）
3.活动：出示多组良好的和不同损坏情况的电路材料，组织学生组装。
4.提问：你们连接的电路能点亮小灯泡吗？（预设：能；不能。）为什么有的小灯泡不亮呢？（预设：可能是小灯泡坏了;可能是导线没有夹紧；……）
5.揭题：小灯泡不亮，一定是电路出故障了，今天，我们就来研究电路故障。(板书：电路出故障了)聚焦通过提问的方式帮助学生梳理学过的知识，这些知识是本课进行
【设计意图】探索活动的支撑。同时告知学生小灯泡不亮一定是因为电路出故障了，避免学生不切实际地思考，从而提高课堂效率。
探索与研讨
探索一：电路什么地方出故障了
1.过渡：小灯泡不亮可能是因为电路出现了什么故障?这个故障可能是因为电路中的哪个部件出现了问题？我们该怎么排除这个故障呢？
2.活动：引导学生分组讨论造成小灯泡不亮的可能原因和检测方法，并将讨论结果整理汇总到班级记录表中。
3.小结：电路故障大致可以分为两类：一类是连接的问题，另一类是某个部件出故障了。对应的检测方法也有两种：一种是检查法，即检查电路中的连接是否完好；另一种是替换法，即用另外的小灯泡、电池、导线等来替换电路中的材料，看看小灯泡是否能亮。
探索二:做一个电路检测器
1.过渡：刚才大家讨论的检测方法都很实用，但需要反复拆卸与连接电路，有没有更简便的检测方法呢？
2.活动：指导学生阅读教材P30电路检测器的制作方法和“提示”内容。
3.布置任务：让我们来动手制作一个电路检测器吧！
探索三：检测故障电路
1.提问：你们会用电路检测器查找电路故障吗？如何检测？(预设：把被检测部分连接到两个检测头之间，如果小灯泡亮了，说明此部分没有故障；如果小灯泡没有亮，则说明此部分有故障。)
2.讲解：在用电路检测器检测电路中的故障时，应先把故障电路中的电池从电池盒中取出；在检测故障电路中的电池是否有电时，应取出电路检测器的电池盒中的电池并放在故障电路的电池盒中，看看小灯泡会不会亮。另外，一定不能用我们制作的电路检测器检测家用电器的电路。
3.布置任务：接下来，请大家用你们的电路检测器检测故障电路，找出故障原因并排除。组内交流后将你们的检测结果汇总到班级记录表中。
【设计意图】利用学生已有的知识制作电路检测器，有利于完成制作和理解电路检测器的原理，学生在实践活动中经历发现问题、分析问题和解决问题的完整过程，发展了解决问题的能力。
研讨汇报
拓展与小结
1.小结：点亮小灯泡需要一个完整的回路，如果小灯泡不亮，一定是电路出故障了。电路故障可能是连接出现问题，也可能是某个部件出故障了，我们可以用检查法、替换法或电路检测器进行检测，然后排除故障。
2.拓展：请大家课后查阅资料或访问专业人士，了解我们家里的电路发生故障时应该如何检测，比较一下和我们学过的方法有什么不同。
【设计意图】通过课外调查，激发学生对电路研究的兴趣，同时帮助学生迁移应用电路知识和技能，培养学生解决问题的能力。
板书设计
2.4电路出故障了
电路检测器：电池、小灯泡、导线（不能检测家电路）
常见故障：连接出现问题或某个部件出故障
检测步骤：合理猜测→检测故障→排除故障→小灯泡被点亮
教学反思
本课的教学以教材为载体，鼓励学生大胆猜测，并留下充足的时间让他们去讨论和验证，充分展示自己的思维过程。在进行电路检测器的制作之前，通过讨论帮助学生对故障原因进行合理猜测，并指导学生分析每个故障要如何进行检测和排除，帮助学生将面临的问题通过思考、分析转变为可探究的问题。再通过制作和使用电路检测器，使学生明白科学的检测手段能使我们更迅速地解决问题。在实践活动中，强化先猜测—再检测—后排除的科学处理方法，进而深化学生对电路的认识，提升学生分析问题和解决问题的能力。
课后作业
产生这种不理想的结果的原因, 很大一部分在于教师没有把电路故障分析进行综合的总结归纳, 只是就题论题, 学生自然形不成知识体系, 结果只能是事倍功半了。
我在多年的教学实践中, 归纳总结了电路故障分析的一些方法, 现以伏安法测小灯泡电功率 (电阻) 电路图 (图1) 为例, 把可能出现的各种故障进行归纳总结, 以供大家参考, 希望能给广大师生一些帮助。
一、引导学生掌握断路和短路所引起的电路现象
1.断路所引起的电路现象:被断路的电路设备中没有电流。
2.短路所引起的电路现象:被短路的电路设备 (不包括电源) 中没有电流。电源被短路, 电源中的电流很大, 电源可能被损坏。
在常规教学中, 各种问题中都是先给出故障现象, 再根据故障现象确定产生这种故障的原因。其实, 我们在教学中应该先给出故障的原因, 再根据故障原因引导学生分析产生的故障现象, 这样反过来教学, 大大降低了学习的难度, 学生容易理解和掌握, 起到了事半功倍的效果。
二、电路故障分类
电路路障可分为三类:断路所引起的电路故障现象, 短路所引起的电路故障现象, 电流表、电压表、滑动变阻器连接不正确所引起的电路故障现象。下面我就依次分析这三类电路故障现象。
1. 断路所引起的电路故障现象
电路中除导线外, 共含有六个电路元件, 即电源、开关、电流表、电压表、小灯泡、滑动变阻器, 每个元件都有可能发生断路。每个元件都有可能发生断路点都有两个, 电源AM两点、开关NK两点、电流表BC两点、电压表DE两点、小灯泡FG两点、滑动变阻器HI两点, 同一元件的两个断路点产生的故障是一样的。对每个断路点发生断路产生的现象逐一分析进行归类总结:
(1) 电源AM两点、开关NK两点、电流表BC两点、滑动变阻器HI两点发生断路:产生的故障现象都是一样的, 会使整个电路中没有电流, 即电流表无示数、电压表无示数、小灯泡不发光。
(2) 电压表DE两点发生断路:只会使电压表中没有电流, 其他部分不受影响, 所以产生的故障现象是电流表有示数、电压表无示数、小灯泡发光。
(3) 小灯泡FG两点发生断路 (包括灯丝断) :此时的电路实际变为图2, 电压表串联在电路中。由于电压表的电阻非常大, 所以电路中只有很微弱的电流, 这么微弱的电流不能使电流表的指针发生偏转, 而电压表的两端与电源两极连接, 电压表直接测量电源电压, 故产生的故障现象是电流表示数几乎为零 (与无示数是不同的概念) , 电压表示数为电源电压, 小灯泡不发光。
小灯泡发生断路, 是断路故障中的重点和难点, 应重点引导。
2. 短路所引起的电路故障现象
主要分析电流表、电压表、小灯泡、滑动变阻器这四个元件分别被短路时的电路故障现象。
(1) 电流表被短路:即用导线连接BC两点, 此时的电路变为图3, 电流不经过电流表, 对其他元件没有影响, 所以产生的故障现象是电流表无示数, 电压表有示数, 小灯泡发光。
(2) 电压表被短路 (小灯泡被短路) :即用导线连接DE两点 (或FG两点) , 由于电压表和小灯泡并联, 所以电压表被短路的同时, 小灯泡也被短路, 此时的电路变为图4或图5, 电流不经过电压表和小灯泡, 所以产生的故障现象是电流表有示数, 电压表无示数, 小灯泡不发光。
电压表被短路和小灯泡被短路, 是短路故障中的重点和难点, 应重点引导。
(3) 滑动变阻器被短路:即用导线连接HI两点, 此时相当于滑动变阻器接两个上接线柱, 滑动变阻器电阻为零, 不起调节作用, 所以产生的故障现象是电流表和电压表的示数偏大, 灯泡很亮 (如图6所示) 。
3. 电流表、电压表、滑动变阻器连接不正确所引起的电路故障现象
(1) 电流表、电压表连接不正确包括正、负接线柱接反, 故障现象是电表指针反转;量程选择过大, 故障现象是电表指针偏转角度小;量程选择过小, 故障现象是电表指针偏转到刻度盘的最右端;电流表和电压表的位置互换, 此时电压表串联在电路中, 故障现象和小灯泡断路相同。
(2) 滑动变阻器连接不正确包括两个接线柱全选上接线柱, 故障现象是滑动变阻器不起调节作用, 且电表示数大, 小灯泡实际功率大, 小灯泡发光太亮;两个接线柱全选下接线柱, 故障现象是滑动变阻器不起调节作用, 且电表示数小, 小灯泡实际功率小, 小灯泡发光太暗。
要掌握初中物理电路故障的分析方法就必须先了解初中物理电路故障的类型及其成因.
电路是电源、用电器、开关和导线组成的电流的路径，通常有串联、并联两种方式.电路故障的基本类型有两种：断路和短路.
断路是指电路中某处断开，造成整个电路开路，电路中无电路，有电器无法工作，其形成原因有：（1）连接电路时导线未接好或断开；（2）灯泡灯丝烧断，即用电器损坏；（3）灯泡或用电器接触不良.
短路分为电源短路和用电器短路两种：
电源短路指导线（或电流表）不经过用电器而直接接到电源两极，导致电路中电流过大，烧坏电源甚至引起火灾，因而这是绝对禁止的.
较常见的是串联电路中的一个用电器发生局部短路，是因为用电器两端被导线直接接通而导致用电器无法正常.
初中物理简单电路的故障题型几乎都是针对断路和用电器局部短路两种原因，因此分析总结电路故障判定的方法和技巧也是围绕断路和用电器局部短路而展开的.初中物理电路故障的判定方法多样化，其中较为简单且比较直观的判定方法是如导线、小灯泡、电流表、电压表等电路元件判断，本文中将就这几种器材的使用判定方法进行简单的归纳总结.
1使用导线判定电路故障
物理电学中，导线作为电流流动的载体，其特征是电阻很小，可以忽略不计.简单模拟电路中的导线电阻通常视为零，导线既可以作为输送电流的通道，又极容易造成短路问题出现，使用导线判定电路故障，正是利用其能造成短路这一特点.
例1
如图1所示，闭合开关S，灯L1和L2均不亮.其中某个电路元件发生故障，请找出其中发生故障的元件.
分析
观察电路图，L1与L2是串联方式，根据题意可知故障是其中某个元件断路，利用导线并联短路的方法可查找出断路的元件.
方法：将导线依次接在ab、bc、cd两点间，若电路中灯亮了，则与导线并联处元件断路.如接ab两点间，其作用是将L1灯泡短路，若L2灯亮，则说明L1灯断路；若L2灯不亮，则可能是L2灯断路或可能是开关S断路，依次接入bc、cd以上述方法可最终找出故障.
2使用小灯泡判定电路故障
使用小灯泡判定电路故障时，通常是将小灯泡并联在待判定用电器两端，与之构成并联，再利用并联电路各支路用电路互不影响的特点，进行分析判断.
例2
如图1所示，闭合开关S，发现灯泡L1、L2均不亮，电路中某个元件发生故障，现有规格与L1，L2相同且完好的灯泡L′，试找出电路故障.
分析
根据题中所给提示，很明显该电路故障是断路，则可利用L′与各电路元件并联，找出其故障.
方支：将L′依次接在ab、bc、cd两点间，若电路中有灯发光且L′也发光，则与L′并联处元件断路.
3使用电流表判定电路故障
电流表是测量电路中电流大小的仪器，其正确使用方法是必须与被测用电器串联.一般情况下，电流表不能与被测用电器并联，原因是电流表内阻非常小，类似于导线，其电阻可等同于零，因此如果电流表并联，则用电器被短路，电流表可能被损坏.
3.1电流表判定电路故障的方法之一
在不会发生电源短路的前提下，将电流表并联在用电器两端使其短路，观察其他用电器工作情况以及电流表是否有示数.
例3
如图1所示，闭合开关S，灯泡L1、L2均不亮，电路中某个元件发生故障，现有电流表一个，请利用电流表找出电路中的故障.
分析
根据题中所给提示，可以判定电路故障是断路，可利用电流表与导线相同的特点，将电流表并联在各元件两端，找出故障原因.
方法：将电流表依次并联在ab、bc、cd两点间，若电路中灯泡发光且电流表有示数，则与电流表并联处发生断路.
3.2电流表判定电路故障的方法之二
结合串联、并联电路中电流的规律以及欧姆定律等物理知识，综合分析判断.
例4
如图2所示，闭合开关后，两个电流表的示数相同，判断电路出现的故障.
分析
观察电路图L1、L2是并联，A1电流表测L1支路电流，A电流表测干路电流，根据并联电路中电流的规律：并联电路中，干路总电流等于各支路电流之和，则A电流表示数应等于L2灯与L1灯电流之和，现两电流表示数相等，则说明L2支路无电流，即L2支路可能断路，结合该电路是并联，所以电路故障是灯L2断路.
4使用电压表判定电路故障
电压表是测量用电器两端电压的仪器，正确使用方法是并联在用电器两端.电压表不能串联在电路中，因其内部电阻很大，串联时会造成断路故障.
在初中物理电路故障分析题型中，大多数都会涉及到电压表，掌握利用电压表分析电路故障的方法既适用又重要.
使用电压表分析判定串联电路故障时，可以分两步：
第一步根据题意初步断定电路的故障类型，即断路或局部短路；
第二步结合不同故障时电压表有无示数判定故障.
4.1电路是断路故障
（1）电压表有示数且示数等于或接近于电源电压时，则与电压表并联用电器断路，因为断路处电阻无穷大，根据串联电路中电阻分压规律，断路处两端电压接近于电源电压.
（2）电压表无示数，则与电压表并联用电器无故障，因为断路处电压接近于电源电压，根据串联电路电压规律，则无故障的用电器两端电压很小，接近于零.
4.2电路是短路故障
（1）电压表无示数，则该用电器短路，理由是用电器如果短路，等同于该处是导线，因导线电阻几乎为零，所以其两端电压也接近于零.
HXD3型机车辅助电路接地故障的查找和处理
针对HXD3型机车运用途中发生的辅助电路接地故障,分析电路原理,说明故障接地点的查找方法,并提出机车运用途中和入库后的故障处理措施.
作 者：钟晓军 ZHONG Xiao-jun 作者单位：上海铁路局南京东机务段,江苏,南京,210046刊 名：电力机车与城轨车辆英文刊名：ELECTRIC LOCOMOTIVES & MASS TRANSIT VEHICLES年，卷(期)：33(1)分类号：U269.6关键词：HXD3型机车 辅助电路 接地 杳找 处理
关键词：故障定位；神经网络；模拟算法；数据融合
中图分类号：TM131 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 18-0003-01
从20世纪60年代初，元件可解性问题的提出奠定了模拟电路故障分析的理论基础，使其成为近代电路理论的前沿。至20世纪70年代已形成完善的理论体系。但是模拟电路故障的诊断有其自身的困难，主要表现为故障具有多样性、离散性参数值多、非线性等特点。模拟电路的故障诊断以人工智能技术的提出为界限主要分为两类：经典常规的模拟电路故障诊断方法，二是现代模拟电路故障诊断方法。[1-3]现代模拟电路故障诊断方法主要有精神网络、遗传算法及模糊技术等。精神网络是对人脑功能的模拟，具有非线性、自适应性、并行性、容错性等优点，被广泛用于模式识别、信号处理判识决策、组合优化等领域。该方法自1943年提出以后迅速发展在较短的时间内就发展成为人工智能技术的一个重要分支。它以其诸多优点，如并行分布处理、自适应、联想记忆等，在模拟电路故障诊断中受到广泛重视，显示出巨大的潜力，并为智能故障诊断的研究开辟了一条新途径。模糊故障诊断方法是依据专家经验在故障的特征空间和故障原因区域之内建立起模糊关系矩阵，再将其进行组合并根据一定的阀值识别故障元件。随着模糊理论的发展，其优点逐渐被重视，模糊理论可适应不确定性问题，其模糊知识库使用的语言更接近人的表达习惯；对于遇到的故障使用模糊理论可以得到多个解决方案，并根据这些方案的模糊度的高低进行优先程度排序等。但模糊系统也有其自身的缺陷，模糊系统在推理时需要对知識库内的规则集进行搜索才能得出诊断结论，当系统较大时搜索速度和诊断速度都会减慢。另外，模糊系统也不具备学习能力。遗传算法是一种新发展起来的全局优化算法，已成为人们用来解决高度复杂问题的一个新思路和新方法可以加快推理速度。本文结合精神网络、遗传算法及模糊技术的各自优势，将各类方法融合进行故障诊断。
首先通过优选激励和测试节点以及增加测试信息等方法提高模拟电路可靠性。如果是理想的拓扑结构只需要少量的测试点就可进行故障诊断，但实际情况往往是拓扑结构不理想，使得无论怎样选择节点仍有大量的支路故障不可测。通过优选机理对测试节点进行弥补，如为频域分析则主要选择具有特征的频率反映电路故障。如为时域分析则选择噪声信号以激励被测电路。增加测试信息也是提高电路可测行的有效手段。可以有效的避免误诊断，获取大量的故障特征而对电路故障作出准确判断。
其次，当确定了测试方案后将各类的测试数据进行优化处理得到不同类型的输入特征参量。然后将这些输入特征参量输入一个独立的精神网络，用此方法可对电路进行初级故障诊断。BP网络具有良好泛化能力，广泛的用于电路故障类型分类。通过遗传BP网络的初级诊断后，可以得到电路故障状态的可能性。然而，由于各个遗传BP网络训练样本与网络输入的不同，且不同的故障在不同的测试信息上体现程度的强弱也有差异，因而每一遗传BP网络故障分类器对不同故障的识别正确程度也有较大的差异。可通过遗传算法优化BP网络，遗传算法具有全局性搜索的特点，可较好的寻找适合的网络连接权和网络结构。
完成电路故障的初级诊断后用模糊积分的方法在精神网络所输出的重要信息程度基础上进行决策融合。使得融合效率与诊断方法更加适应，准确定位故障。模糊积分方法是利用模糊集合知识综合考虑客观证据与主观评价的一种决策层融合方法。次方法适用于处理不确定性信息。[4-5]使用模糊几分对多分类器记性融合时，不同的模糊测度对应不同的融合函数。如模糊测度值选择适当，融合后的分类性能比最优的单个分类器性能好。构造模糊测度，需先获取模糊密度。模糊密度是信息源对系统最终决策的重要程度，对于诊断系统，模糊密度值可认为是各遗传神经网络对故障诊断的重要性评价。通过将训练好的遗传神经网络分类器，分别独立进行在不同故障下的样本识别检验，利用每个遗传神经网络对各个故障的正确识别率作为该网络对各故障的分类信息的重要程度。
人工智能诊断方法在实际的生产实践中具有广泛的应用前景。不同的方法都有其各自的优势也存在不可避免的缺陷，将不同方法有机结合取长补短，可以进一步推动模拟电路故障诊断理论和方法的发展，使其更加完善，能更好的投入到大规模模拟电路的故障诊断中。
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1 神经网络故障诊断技术
人工神经网络 (Artificial Neural Network) 是通过计算机来模拟人脑结构和人类认知过程的信息处理系统。人工神经网络是一种自适应的模式识别技术, 它会依托自身的学习机制自动形成决策区域, 并以分布的方式存储信息。它能通过网络的拓扑结构和权值分布获得某种映射关系, 也能通过全局并行处理实现输入端到输出端的信息变换。同时它还具有学习功能, 假如环境发生改变, 其映射关系也能自适应地调整。因此, 利用神经网络就能很好地处理在故障诊断中无法用显性公式表达的具有非线性关系的情况。因而, 神经网络故障诊断技术在实际应用中具有重要作用。
神经网络故障诊断过程主要分为两个步骤:第一, 基于可观的“征兆——故障”样本集对神经网络进行训练, 经过特征选择、特征提取等适当地处理过程获得相应的诊断网络;第二, 根据神经网络提供的诊断输入对整个系统进行故障诊断, 也就是利用此神经网络逐步向前计算, 从而实现故障诊断。
神经网络故障诊断技术虽然能较好地解决模拟电路故障诊断中的非线性问题、容差条件下的多故障问题等, 但这种方法也有一定的局限, 例如, 训练样本难获得、忽视专家的经验知识、很难理解网络权值的表达方式。
2 模糊理论故障诊断技术
受元器件容差、非线性和电路噪声的影响, 用传统的模拟电路故障诊断方法就无法精确解出“故障”和“征兆”的关系, 也就无法对故障进行诊断, 出现了模糊现象。故障状态模糊现象的产生就不能用“是”与“否”来判断故障, 而需要精确地给出故障产生的可能性、故障出现的位置以及故障的严重程度。基于此, 人们在对模拟电路故障诊断技术的研究中就衍生出了模糊理论故障诊断技术。模糊理论故障诊断方法就是将“故障”和“征兆”间建立模糊关系矩阵, 再对模糊推理规则产生的模糊关系矩阵进行一定的组合, 然后根据判定阈值来找到出现故障的元件。
模糊理论故障诊断过程主要分为四个步骤:第一, 依据经验和数据建立“故障”和“征兆”间的模糊关系矩阵A, 此矩阵中元素的值越大就表示“故障”和“征兆”间的相互关系越密切, 反之, 元素的值越小就表示“故障”和“征兆”间的相互关系就越不密切;第二, 根据对诊断对象测试的数据, 提取特征参量X;第三, 根据模糊关系矩阵A和特征参量X, 列出矩阵关系Y=XA, 并对其求解, 从而得到故障参量Y;第四, 根据隶属度原则、阈值原则等判定准则, 对故障参量Y进行求解, 从而得出故障诊断结果。模糊理论故障诊断技术能很好地适应不确定性问题, 通过该技术进行故障诊断可以获得多种故障解决方案, 并能根据这些方案的模糊度的高低进行优先程度排序。
3 小波方法故障诊断技术
小波方法的理论基础就是小波变换, 与傅立叶变换一样, 其实质都是一种积分的变换。小波变换的本质就是用一族函数去表示一个信号, 这一族函数我们将其称为小波函数系。小波变换也就是用这个小波函数的不同尺度变换来构成的。小波方法中的小波函数要具备两点特性:
第一, 小波函数要具备速降的特性, 这样才容易获得空间的局域化;
第二, 小波函数要具备震荡性, 这样才能迅速衰减。小波变换由于其良好的时域、频域局域化特性, 因此在模拟电路故障诊断中具有广泛的应用。小波方法故障诊断技术就是利用小波变换, 在多层分解后的不同频带内分析信号, 使其在不同频带内通过清晰的能量变化的形式表现出来, 并与电路正常输出进行对比, 提取特征信号与故障库进行比较后找到故障所在位置。
小波方法故障诊断过程最主要的是故障提取过程, 其主要分为三个步骤:对电路不同模式下的原始信号进行n层Mallat分解, 顺序提取第n层的n个特征信号d1……dn;第二, 计算每一层分解系数Dj, ;
第三, 求出每一层的, 然后按照尺度顺序排列并归一化处理, 得到该模式下的一个特征向量后进行故障诊断。
总之, 随着模拟电路故障诊断理论的不断丰富、完善和发展, 在新的时期模拟电路故障诊断技术取得了飞速的发展, 这对电路的安全、可靠的工作具有极其重要的现实意义。同时, 我们也要不断探索新的理论和技术, 推进模拟电路故障诊断的不断向前发展。
参考文献
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