关于初中物理电路短路问题的探究

人教版八年级物理上册第五章《电流和电路》，在谈到怎样连接电流表时，“任何情况下都不能使电流表直接连到电源的两极！”.爱动脑筋的同学肯定会思考，电流表为什么不能直接连到电源的两极呢？当然在学完《欧姆定律和安全用电》这一节后，同学们自然能解释这一问题.这一节也对电路的短路做了简单地说明，“在电路中，如果电流不流经用电器，而是电源两极直接相连，我们就说电源短路了.根据欧姆定律知道，由于导线的电阻很小，电源短路时电路上的电流会非常大.这样大的电流，电池或者其他电源都不能承受，会造成电源损坏；更为严重的是，因为电流太大，会使导线的温度升高，严重时有可能造成火灾.”

短路的危害这么大，实际电路中有很多用电器串联或者并联，那么电路发生短路后，会损坏其他的用电器吗？电路短路难道就只有弊没有利？人教版八年级物理下册正如前面所说的，只对短路作了简单的说明，根本不能让学生对于电路的短路有更全面、系统、深入地了解，但在各种考试中却经常出现电路短路的问题.因此有必要利用课余时间，组织学生开展关于电路短路问题的探究，让学生全面了解并联电路短路和串联电路短路.同时也能极大地调动学生学习的积极性，开拓学生的视野，培养学生积极探索的精神，真正让学生“从物理走向生活，从生活走向物理”.

在并联电路中，电路发生短路时，由于导线的电阻很小，电流都直接经过导线流回到电源的负极，几乎没有电流经过用电器，用电器不工作，所以对电路中的用电器不会造成损坏，但会损坏电源.实事果真如此吗？能用实验进行验证吗？为了打消学生的疑虑，我把学生带到了物理实验室，用物理实验中常用的小灯泡等实验器材，组成并联电路，做起了短路的实验.结果两只小灯泡并联时，电路短路，两只小灯泡仍能发光，只是亮度较暗.是不是实验失败了？或者并联电路短路，不是我们前面所说的情况呢？如果是，又该怎样给学生解释这一现象呢？在实际电路中，由于用电器的电阻比导线的电阻要大得多，在并联电路中，各支路中的电流跟各支路中的电阻是成反比的，电路发生短路时，几乎没有电流经过用电器.而在此次实验中，由于小灯泡的电阻约为几欧到十几欧，和做短路用的导线的电阻差距不是很大，所以仍有很小一部分电流经过小灯泡，小灯泡仍能发出较暗的灯光.

在串联电路中，整个电路全部被短路，也就是八年级教材中所描述的电流不流经用电器，而是电源两极直接相连，用电器不工作，也不会损坏，但会损坏电源；若某一用电器被短路，另一用电器没有短路，也就是我们通常所说的局部短路，被短路的用电器没有电流通过，该用电器停止工作，不会被损坏，另一用电器电压升高，在实际电压不是超过其额定电压很多的情况下，它能继续工作，但功率变大，若电压过大，该用电器有可能被烧毁.同样我们可以到实验室利用两只小灯泡串联做实验，对前面的结论进行检验，结果被短路的小灯泡，因为前面所述的电阻原因，它并没有熄灭，而是亮度变暗，另一只没有被短路的小灯泡仍能继续发光，并且比原来更亮了.

利用串联电路某一用电器或电阻发生局部短路，另一用电器在不超过其额定电压（也可通过调节让其实际电压小于或等于额定电压）很多的情况下，仍能继续工作，并且实际功率比原来要大.在实际生活中，比如电饭煲、电热毯的保温和加热，就是把内部的加热器和另一电阻串联，通过定值电阻局部短路，达到调节电饭煲、电热毯功率的目的，使它们同时具有保温和加热等多种功能，让其更好地为我们日常生活服务.

做完下面这些题，你将对初中物理学中的电路短路，有更加全面地了解和认识.

1.如图1所示是由三只开关，两盏灯组成的电路，下列说法中错误的是

A.S1、S3断开，S2闭合时，L1、L2串联

B.S2断开，S1、S3闭合时，L1、L2并联

C.S1、S2闭合，S3断开时，只有L2发光

D.S1、S2、S3均闭合时，L1、L2都发光

答案 D

2.如图2所示为某种保温电饭锅的电原理图，R1、R2是电热丝，S为温控开关，A、B两点间电源电压不变.（1）S闭合后，电饭锅处于保温状态还是加热状态？（2）若R1∶R2=9∶1，加热时功率为800 W，则保温时功率为多少？

分析 要判断电饭锅处于加热还是保温状态，关键看此时电饭锅的功率大小.（1）S闭合后，R1被短路，电路中总电阻变小，根据P=U2R可知，U不变，R变小，故P增大，所以此时应为加热状态.

（2）S断开时应为保温状态，故有

P保温=U2R1+R2=U210R2，

又因为P加热=U2R2=800 W，

所以P保温=110P加热=80 W.

3.李明同学从商店里买来一个电热毯.使用中有时感到温度太高，他想用一个开关和一个电阻把它改装为两档，使电热毯在单位时间内的发热量为原来的一半，厂家说明书上只写着额定电压为220 V，没有其它额定指标.请你设计一个方案完成这项改装.要求：（1）画出电路图；（2）指出安装时必须注意的问题.

分析与解答 （1）依题意要使电热毯在单位时间内产生的热量变为原来的一半，那么电热毯两端的电压应

变小，需要串联一个分压电阻.设计电路如3图所示.

（2）在安装串联电阻时应注意：①必须绝缘，防止漏电而出现触电事故.②串联电阻的散热条件要好，以防火灾.③考虑串联电阻的额定功率的大小，以防电阻自身烧毁.

电路短路，有时是连接电路时，不小心造成的，有时是人为的.无论哪种情况，一般都不会损坏用电器，虽然有时会造成电源损坏，严重时会造成导线温度升高，甚至有可能造成火灾，但串联电路的局部短路，可以改变电路中总电阻的大小， 在电压不变的情况下，能达到调节电路功率大小的目的，有时也有被人们利用的一面.因此电路短路，既有害的一方面，也有利的一方面.我们在连接电路时，要注意避免电路短路时给我们造成的危害，充分合理地利用串联电路的局部短路，为人类的生产、生活服务.我们要全面认识电路的短路，具体情况具体分析.不要一味地只按照课本上所说的，短路是有害的，要不断地利用课余时间，对所学的知识进行拓展和探究，这样才能达到我们学习物理的目的.