专题11 电路的识别、设计与故障分析（解析版）

专题11 电路的识别、设计与故障分析 模型构建｜真题试炼｜模拟演练｜题组通关 高频模型 中考题型分布 分值占比 模型01 串并联电路的识别（高频考点） 选择题、填空题 2~3 分 模型02 家庭电路（高频考点） 选择题、作图题 2~3 分 模型03 电路设计（高频考点） 选择题、作图题 2~3 分 模型04 一般电路故障分析（高频考点） 选择题、填空题 2~3 分 模型05 家庭电路故障分析（高频考点） 选择题、填空题 2~3 分 中考·模型解读 识 总结·模型构建 善 模型01 串并联电路的识别 （北京）股份有限公司 4 节点法：所谓节点法就是找出电路中电流的分流点和汇流点，以这些点为分界，将电路分成几段来画 的方法。具体步骤： ①先找出节点（并联电路的分流点和汇流点）的位置，画出干路； ②对照实物图找出一条支路并画出来； ③对照实物图找出其他支路并依次画出来； ④将干路与各支路连接起来组成完整的电路图。 『核心提示』声音的特性 电流表相当于导线，电压表相当于断路。电流表和电压表的接入对用电器的连接没有影响。 【例1】（2023·四川巴中·中考真题）在如图所示的电路中，下列说法正确的是（ ） ．当闭合开关S1、S2、S3时，电源短路 B．当只闭合开关S1、S2时，L1、L2并联 ．当只闭合开关S2、S3时，L1、L2串联 D．当只闭合开关S1、S3时，L1、L2串联 【答】 【详解】．由图知道，同时闭合开关S1、S2、S3时，电流会从电源正极不经过用电器直接回到电源负极， 形成电源短路，故正确； B．由图知道，闭合开关S1、S2，断开开关S3时，灯L2被短路，故B 错误； ．由图知道，当只闭合开关S2、S3时，灯L1被短路，故错误； D．由图知道，当只闭合开关S1、S3时，电流有两条路径，灯L1、L2并联，故D 错误。 故选。 真题·思维剖析 解 （北京）股份有限公司 【变式1-1】（2024·陕西西安·模拟预测）如图是某次实验电路图。下列说法中正确的是（ ） ．只闭合S1时，只有灯L1发光，流过电流表1、2的电流大小相等 B．闭合S1、S2时，2测流过L2的电流 ．闭合S1、S2时，若L2断路，则电流表1有示数，2无示数 D．利用该实验探究电路中电流的关系时，应选用相同规格的两灯进行实验 【答】 【详解】．只闭合S1时，电路中只有灯L1接入电路发光，电流表1、2的都测量灯泡L1的电流，则流过电流 表1、2的电流大小相等，故正确； B．闭合S1、S2时，2与L1串联，测流过L1的电流，故B 错误； ．闭合S1、S2时，若L2断路，电流表1、2都测量灯泡L1的电流，则电流表1、2都有示数，故错误； D．利用该实验探究电路中电流的关系时，为了避免偶然性，应选用不同规格的两灯进行实验，故D 错误。 故选。 【变式1-2】（2024·湖北武汉·一模）如图所示的电路中，开关都闭合后两只灯泡都被短接的是（ ） ． B． 变式演练 （北京）股份有限公司 ． D． 【答】D 【详解】B．由图可知，开关都闭合后，该电路为并联电路，两个灯泡都发光，故B 不符合题意； ．开关都闭合后，右侧上面的灯泡的两端被导线相连，该灯泡被短路，另一个灯泡接入电路中，能发光， 故不符合题意； D．开关都闭合后，电源的两端被导线直接相连，会造成电源短路，两个灯泡都不发光，故D 符合题意。 故选D。 【变式1-3】（多选）（2024·云南·模拟预测）如图所示，电源电压保持不变，以下说法正确的是（ ） ．闭合开关 和 ，电阻 和 串联，电压表测量电源电压 B．闭合开关 和 ，电阻 的电流等于电阻 的电流 ．闭合开关 和 和 ，滑片 移至最左端，电阻 和 的电压相等 D．闭合开关 和 和 ，滑片 移至最右端，电流表示数等于电阻 和 的电流之和 【答】BD 【详解】 闭合开关S 和S1，电阻R0和R1串联，电压表测量R0的电压，故错误； B．闭合开关S 和S2，电阻R2和R0串联，根据串联电路电流处处相等，两电阻的电流相等，故B 正确； ．闭合开关S、S1、S2，滑片P 移至最左端，R0短路，电阻R1、R2并联，电压相等，故正确； D．闭合开关S、S1、S2，滑片P 移至最右端，电阻R1、R2并联，再和R0串联，电流表示数等于电阻R1、R2 （北京）股份有限公司 的电流之和，故D 正确。 故选BD。 『模型解读』 家庭电路的组成：输电线、电能表、总开关、保险装置、用电器。在安装家庭电路时，应注意以下几点： (1)先确定火线和零线，然后在干路火线上串联上熔断器，即电路保险装置，当电流过大时会自动熔断以保 护电路。 (2)控制电灯的开关要接在火线上，并与电灯串联。 (3)螺口灯泡的螺旋套一定要接在零线上。 (4)电路中的插座，如果是两孔插座，一定是右孔接火线，左孔接零线，要与电灯并联；如果是三孔插座， 则必须是“左零右火上接地”。 (5)各家用电器与插座并联，开关与所控制的用电器串联。 『特别提示』 火线零线并排走，接表进闸有先后；火线接进保险盒，经过开关进灯座；为方便，安插座，与灯并联 不可错；试电笔，来验电，氖管发光是火线。 【例2】（2023·辽宁鞍山·中考真题）在符合安全用电原则的前提下，请将带有保险丝的三孔插座及电 灯接入电路中。（其中部分电路已连接完成且要求开关只控制电灯） 模型02 家庭电路 真题·思维剖析 解 （北京）股份有限公司 【答】 【详解】安装三孔插座的方法：上孔接地线，左孔接零线，右孔接火线；由图知，第二根导线与三孔插座 的左孔连接，该导线是零线，三根电线从上到下依次为火线、零线和地线；三孔插座的右孔通过保险丝连 接火线；灯泡接法：火线进入开关，再进入灯泡顶端的金属点，零线直接接入灯泡的螺旋套；如图所示 【变式2-1】（2024·陕西西安·一模）如图是电水壶工作的示意图，请用笔画线代替导线，将电水壶的三 条接线按照安全用电的原则对应连接好。 【答】 【详解】为了安全，开关应接在火线上，外壳应通过导线与地线相连，另一根线接在零线上，故作图如下： 变式演练 （北京）股份有限公司 【变式2-2】（2024·广东佛山·一模）如图甲是小明家的插座面板，其内部有三孔插座，USB 供电模块及 开关。三孔插座和供电模块由开关控制，且可独立工作。请在图乙中用笔画线代替导线将电路连接完整。 【答】 【详解】由题知，三孔插座和供电模块可以独立工作，即两者是并联的，而三孔插座和供电模块由开关控 制，说明开关在干路上，为了安全，开关要接在火线和所控制的用电器之间，如图所示： 『模型解读』 (1)首先确定用电器之间是串联还是并联：通过题干中描述的用电器的工作情况进行判断。 (2)判断开关的位置：通过每个开关对用电器的控制情况进行判断。 模型03 电路设计 （北京）股份有限公司 ①如果两个开关都闭合，用电器才工作，则两个开关串联，如图甲； ②若两个开关只闭合一个，用电器就可以工作，则两个开关并联，如图乙； ③若开关闭合，用电器不能工作，开关断开，用电器可以工作，则此用电器和开关并联，如图丙； ④有时候会用到特殊开关，如单刀多掷开关、双刀双掷开关等。 (3)判断电表的作用，确定电表位置。 『核心提示』 【例3】（2023·江苏常州·中考真题）京杭大运河上的古桥 拱宸桥两侧，安装了全国首个水上红绿 —— 灯，实现同一时间段内仅让船舶单向通过桥洞。图中电源电压恒为 ，四盏灯的额定电压均为 ，开关 S 中央的金属片自动与触点1、2、1、2……接触。请以笔画线代替导线完成电路连接。 【答】 【详解】水上红绿灯让船舶单向通过桥洞，即左侧红灯亮时，右侧绿灯亮，右侧船可通行，且这一对红绿 真题·思维剖析 解 （北京）股份有限公司 灯应并联，反之，使用单刀双掷开关进行左右通行转换，如下图所示： 【变式3-1】（2024·陕西西安·二模）厂家设计制造的切纸机（如图甲所示）工作时，为杜绝操作工手指 损伤事故的发生，切纸时必须用两只手同时分别按住S1、S2开关，切纸机才能正常工作。在切刀前面的人 体感应开关S3（通常处于常闭状态），当感应到人手时，会立刻断开电路，防止事故发生。请在。乙图的 虚框内补画出开关S1和S2并补充完整的电路图。 【答】 【详解】根据题意可知，切纸时必须用两只手同时分别按住开关S1、S2，切纸机才能正常工作，这说明 S1、S2相互影响，是串联的，然后与切纸机串联；在切刀前面的人体感应开关S3（通常处于常闭状态）， 当感应到人手时，会立刻断开电路，说明开关S3串联在电路中，如下所示： 【变式3-2】（2024·陕西西安·一模）小明和父母三人想采用投票的方式决定假期是否外出旅游，小明是 必须要去的，如果父母中至少一人同意的话，他们就决定去旅游。为此，小明根据物理课上所学的电路知 变式演练 （北京）股份有限公司 识，用三只开关、两节干电池和一个小灯泡制作了一只投票机，三人各自控制一只开关（闭合表示同意， 断开表示不同意），表决后只要灯亮就决定去旅游，请你按上述要求在如图所示的虚线框内设计此投票机 的电路（请在开关旁注明控制的人）。 【答】 【详解】由题意可知，小明是必须要去的，如果父母中至少一人同意的话，他们就决定去旅游，这说明小 明用的开关控制整个电路，父母亲的开关并联连接后与灯泡串联，电路图如图所示 【变式3-3】（2024·山东济南·一模）截止到2023 年底，中国高铁运行里程已经成功达到45 万公里，世 界排名第一、为了提高顾客进站的效率，高铁站的自助检票闸机（如图）可实现自动检票。当摄像头扫描 出人脸时开关S1闭合，刷车票或人脸识别成功时（相当于闭合开关S2或S3），电动机才启动，闸门打开放 行。请设计出符合要求的电路图。 （北京）股份有限公司 【答】 【详解】由题可知，当摄像头扫描出人脸时开关S1闭合，刷车票或人脸识别成功时（相当于闭合开关S2或 S3），电动机才启动，闸门打开放行，这说明开关S2与S3并联，S1串联在干路，如图所示： 。 『模型解读』 现象 分析 故障 电流表有示 数而电压表 无示数 电流表有示数，表明电路是通 路；电压表无示数，表明无电流 通过电压表 电压表损坏 电压表接触不良 与电压表并联的用电器短路 电压表有示 数，而电流 表无示数 电压表有示数，表明电路中有电 流流过电压表；电流表无示数， 表明没有或几乎没有电流流过电 流表 电流表短路 与电压表并联的用电器断路，此时电流表与电压表串 联（电压表内阻很大），电路中的电流太小，致使电 流表无明显示数，但电压表示数几乎等于电源电压 两表均无示 数 无电流通过两电表 两表同时短路 与电压表并联的用电器之外的部分断路 灯泡不亮 无电流通过小灯泡 灯丝被烧断 灯泡被短路 灯泡接线柱到电源两极间的电路中某处出现断路 模型04 一般故障分析 （北京）股份有限公司 【例4】（2023·四川巴中·中考真题）在探究“小灯泡电功率”的实验中，设计了如图所示的电路图。 正确连接电路后，闭合开关，发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电流表始终无示数，电压表有示数且 接近电源电压，则电路中可能存在的故障是（ ） ．灯泡L 短路 B．灯泡L 断路 ．电阻 短路 D．电阻 断路 【答】B 【详解】．若灯泡L 短路，则电压表并联在导线两端，电压表无示数；电路总电阻会减小，由欧姆定律可 知，电路电流会增大，电流表示数会增大，故不符合题意； B．若灯泡L 断路，电压表串联接入电路，电压表的示数接近电源电压；由于电压表的内阻很大，所以不管 怎么调节滑动变阻器，电路电流都极小，电流表无示数，故B 符合题意； ．若电阻 短路，则电路总电阻会减小，电路电流会增大，电流表和电压表的示数都会增大，故不符合题 意； D．若电阻 断路，则整个电路都没有电流通过，电流表和电压表均无示数，故D 不符合题意。 故选B。 【变式4-1】（2024·安徽合肥·一模）如图所示电路中电源电压保持不变，关于电路的工作情况，下列说 法中正确的是（ ） 真题·思维剖析 解 变式演练 （北京）股份有限公司 ．同时闭合开关S1和S2，通过L1、L2的电流一定相同 B．开关都闭合，若将电压表和电流表的位置对调，两表都被烧坏 ．先闭合开关S1，再闭合开关S2，电压表示数不变，电流表示数变小 D．开关都闭合，若电流表开路，则电压表示数为零 【答】D 【详解】．同时闭合两个开关S1和S2，两灯并联，由并联电路电压的规律，两灯两端电压相同，两灯的规 格不一定相同（电阻不一定相同），由欧姆定律 可知，通过两只灯泡的电流不一定相同，故错误； B．若电压表和电流表的位置对调，电压表与L1串联在电路中，电流表与L1并联，因电压表内阻很大，电 路的电流很小，两表都不会被烧坏，故B 错误； ．若先闭合S1，为L1的简单电路，电压表测电源电压，电流表测L1的电流；再闭合S2，两灯并联，电压表 测电源电压，则电压表示数不变；而此时电流表测L1的电流，根据并联电路的特点可知，电流表的示数不 变，故错误； D．开关都闭合后，若电流表开路，电压表与电源之间是断开的，电压表示数为0，故D 正确。 故选D。 【变式4-2】（2024·湖南·一模）如图所示，闭合开关S，两灯都不亮，当用一根导线分别连接、b 点，、 d 接线柱时，两灯都不亮；连接e、f 接线柱时，只有一只灯泡发光。则电路故障可能是（ ） ．灯泡L1断路 B．灯泡L2断路 ．灯泡L2短路 D．开关S 断路 【答】B （北京）股份有限公司 【详解】由电路图可知，两灯泡串联，闭合开关，两灯均不亮，说明电路中某处断路，或两灯均短路。用 一段导线的两端连接、b 点，、d 接线柱时，两灯都不亮，说明此时电路仍是断路。当导线连接e、f 接线 柱时，只有一只灯泡发光，此时导线代替了灯L2，L2一定不发光，所以此时一定是灯泡L1发光，则L1灯丝 完好，此时电路处于通路状态，说明开关也没有问题，由此说明该电路的故障是由于灯泡L2断路造成的。 故B 符合题意，D 不符合题意。 故选B。 【变式4-3】（2024·黑龙江哈尔滨·一模）如图所示，闭合开关后，两盏灯都能发光。若将一根导线连接 到灯泡L2两端，关于电路中灯泡发光情况，下列说法正确的是（ ） ．L1、L2都变亮 B．L1不亮、L2变亮 ．L1、L2都变暗 D．L1变亮、L2不亮 【答】D 【详解】由图可知，该电路为串联电路，闭合开关后，两盏灯都能发光；若将一根导线连接到灯泡L2两端， 灯泡L2被短路，灯泡L2不发光，通过灯泡L1有电流，且电流变大，L1发光变亮，故D 正确；B 错误。 故选D。 『模型解读』 1 家庭电路发生故障时，先看保险经状态，若保险丝没有熔断，发生的应该是断路司以根据电路的状态(是 否全部不工作)和试电笔判断断路位置：如断路模型图所示，若全部用电器都不工作，在开关都闭合后， 用试电笔测试与火线直接相连的导线上的各点，若氖管是发光的，则该点与火线之间没有故障，若管不发 光，则该点与火线之间发生了断路；用试电笔测试与零线相连的导线上的各点，正常情况下氛管是不发光 的，若氖管发光，则该点与零线之间发生丁断路。 2 若保险丝熔断，则电路中存在短路，这时候可以用灯泡亮度判断短路的位置：如短路模型图所示，闭合 闸刀开关S，断开其他所有开关，然后依次闭合控制用电器的开关(每次只有一个控制用电器的开关闭 模型05 家庭电路故障分析 （北京）股份有限公司 合)，若灯泡L 发光较暗，表示所测支路正常；若灯泡L 正常发光，表示所测支路短路。 【例5】（2023·江苏常州·中考真题）如图所示的家庭电路中，正常发光的灯L 突然熄灭，电工用测电笔 分别测、b、、d 四点，发现、b 两点氖管都发光，、d 两点氖管都不发光。若电路只有一处故障，则可能 是（ ） ．火线上熔丝断了 B．开关S 处断路 ．灯泡灯丝断了 D．导线、d 间断路 【答】 【详解】家庭电路中火线和零线之间的电压为220V，火线与地线之间的电压为220V，地线和零线之间的 电压是0V，试电笔接触火线氖管发光，试电笔接触零线氖管不发光。用试电笔测试火线上点时氖管发光， 说明火线正常，测试b 点时氖管发光，说明开关S 正常，测试d 点时氖管不发光，说明零线正常，测试点 时氖管不发光，说明点没有与火线相连，可能是灯泡丝断了，故BD 不符合题意，符合题意。 故选。 【变式5-1】（2024·广东深圳·模拟预测）家庭电路的部分电路图如图所示（电路连接正确），只闭合开 关 ，灯 正常发光，再闭合开关 ，灯 立刻熄灭， 也不发光，检查发现熔丝熔断，则故障原因可 真题·思维剖析 解 变式演练 （北京）股份有限公司 能是（ ） ．灯 短路 B．灯 断路 ．灯 短路 D．灯 断路 【答】 【详解】只闭合开关 ，灯 正常发光，说明 所在支路正常。再闭合开关 ，灯 立刻熄灭， 也不 发光，检查发现熔丝熔断，说明造成了电路中电流过大，则可能是灯 发生了短路。故符合题意，BD 不 符合题意。 故选。 【变式5-2】（2024·安徽滁州·一模）如图所示的是家庭照明电路演示板。当闭合与灯座相连的拉线开关 时，灯泡不发光；当闭合与灯座B 相连的墙壁开关时，灯泡B 发光。下列说法中正确的是（ ） ．灯泡短路 B．漏电保护器发生“跳闸”现象 ．用测电笔检查二相插座的右侧孔，氖管会发光 D．闸刀开关未闭合 【答】 （北京）股份有限公司 【详解】B．家庭电路是并联的，灯泡不能短路，否则漏电保护器会因为电流过大，发生“跳闸”现象， 灯泡不发光，故障是断路，因并联电路各用电器互不影响，所以灯泡B 发光，故B 错误； ．二相插座的右侧孔接的是火线，所以用测电笔检查二相插座的右侧孔，测电笔接触火线，氖管会发光， 故正确； D．闸刀开关在干路上，控制整个家庭电路，如果未闭合，则两灯泡都不发光，故D 错误。 故选。 【变式5-3】（2024·安徽宿州·一模）如图所示，闭合开关，灯泡不亮，经检查灯泡灯丝断了，电路其他 位置完好。若闭合开关后，用试电笔对、B、、D 点分别进行检测，则让氖管发光的是 点。 【答】 【详解】灯泡灯丝断了，电路其他位置完好；若闭合开关后，用试电笔对、B、、D 点分别进行检测，图 中B、、D 三点均与零线相连，此时氖管不会发光；只有点通过开关与火线相连，所以能让氖管发光的是 点。 题组1：串并联电路的判断和设计 1．（2023·四川自贡·中考真题）在富顺高铁站的自动检票闸机口，乘客需刷身份证，同时进行人脸识 别，两个信息都符合后闸机门（电动机）才自动打开，检票通过。身份证和人脸识别系统都相当于开关， 信息符合后开关自动闭合。下列电路中，符合上述要求的是（ ） ． B． ． D． 【答】 好题·题组通关 练 （北京）股份有限公司 【详解】．根据题意可知，只有两个开关都闭合的情况下，这说明两个开关相互影响，两个开关串联，然 后与电动机串联，故符合题意； B．如图所示，闭合其中一个开关，可以打开闸机，同时闭合开关，电源被短路，故B