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例题1 电工检查如图15 - 5 - 1所示的电路故障时，发现开关S闭合后，灯L不亮，用测电笔测试C、D两点时，发现两处都能使测电笔的氖管发光，而测试A、B两点时，只有在A点时氖管发光，则故障可能是(
A.火线、零线短路
B.零线没有接地
C.B、C之间某处断路
D.灯L内部短路
解析 用测电笔测试A、B两点时，只有A点能使氖管发光，说明A、B两点之间存在断路；用测电笔测试C、D两点时，氖管都能发光，说明C、D两点和灯L均与火线相通，则可推断开关S和灯L都不会有断路的可能(如接线柱与导线接触不良等)，即电路A - D - C段未发生断路现象。因此，可判定只有B、C之间某处断路。
此题选A或D都是错误的，因为出现短路时，如果电路中没有熔丝，导线中应会通过很大的电流，有可能烧坏导线或用电器，甚至导致火灾。此时若用测电笔在A、B、C、D四点测试，则氖管均不发光；若选B，则A、D、C、B四个点均能使氖管发光。故A、B、D均不符合题意，本题的正确答案是C。
C
)。A.火线、零线短路
B.零线没有接地
C.B、C之间某处断路
D.灯L内部短路
解析 用测电笔测试A、B两点时，只有A点能使氖管发光，说明A、B两点之间存在断路；用测电笔测试C、D两点时，氖管都能发光，说明C、D两点和灯L均与火线相通，则可推断开关S和灯L都不会有断路的可能(如接线柱与导线接触不良等)，即电路A - D - C段未发生断路现象。因此，可判定只有B、C之间某处断路。
此题选A或D都是错误的，因为出现短路时，如果电路中没有熔丝，导线中应会通过很大的电流，有可能烧坏导线或用电器，甚至导致火灾。此时若用测电笔在A、B、C、D四点测试，则氖管均不发光；若选B，则A、D、C、B四个点均能使氖管发光。故A、B、D均不符合题意，本题的正确答案是C。
答案
C
解析
【分析】
首先明确测电笔的工作原理：测电笔氖管发光，说明被测点与火线连通。根据题目测试结果：测试A、B两点时只有A点氖管发光，说明B点与火线之间存在断路；测试C、D两点时氖管都发光，说明C、D两点通过电路与火线连通，即A-D-C段电路是通路。由此可推断，断路位置在B、C之间，同时结合各选项的电路现象排除错误选项。
【解析】
1. 测电笔的特性：当测电笔氖管发光时，表明被测点与火线相互连通。
2. 分析A、B点测试结果：测试A点氖管发光，B点不发光，说明A、B之间存在断路，B点未与火线连通。
3. 分析C、D点测试结果：测试C、D两点氖管均发光，说明C、D两点通过开关S、灯L与火线连通，即A-D-C段电路为通路，开关S和灯L无断路故障。
4. 结合上述分析，断路位置为B、C之间某处，因为B点未连通火线，而C点通过灯L连通火线，符合测试现象。
5. 排除错误选项：
A选项：火线、零线短路时，电路中电流过大，若熔丝熔断，所有点均无法与火线连通，测电笔测试各点氖管均不发光，不符合题意。
B选项：零线没有接地时，B点与火线连通，测电笔测试B点氖管应发光，与题意矛盾。
D选项：灯L内部短路会造成火线、零线短路，现象与A选项一致，不符合测试结果。
综上，故障为B、C之间某处断路，故选C。
【答案】
C
【知识点】
测电笔的使用；电路故障分析
【点评】
本题通过测电笔的测试现象判断电路故障，核心是利用测电笔的工作原理判断被测点与火线的连通性，同时需要掌握短路、断路故障对应的电路现象，通过排除法确定正确选项，对电路故障分析能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
首先明确测电笔的工作原理：测电笔氖管发光，说明被测点与火线连通。根据题目测试结果：测试A、B两点时只有A点氖管发光，说明B点与火线之间存在断路；测试C、D两点时氖管都发光，说明C、D两点通过电路与火线连通，即A-D-C段电路是通路。由此可推断，断路位置在B、C之间，同时结合各选项的电路现象排除错误选项。
【解析】
1. 测电笔的特性：当测电笔氖管发光时，表明被测点与火线相互连通。
2. 分析A、B点测试结果：测试A点氖管发光，B点不发光，说明A、B之间存在断路，B点未与火线连通。
3. 分析C、D点测试结果：测试C、D两点氖管均发光，说明C、D两点通过开关S、灯L与火线连通，即A-D-C段电路为通路，开关S和灯L无断路故障。
4. 结合上述分析，断路位置为B、C之间某处，因为B点未连通火线，而C点通过灯L连通火线，符合测试现象。
5. 排除错误选项：
A选项：火线、零线短路时，电路中电流过大，若熔丝熔断，所有点均无法与火线连通，测电笔测试各点氖管均不发光，不符合题意。
B选项：零线没有接地时，B点与火线连通，测电笔测试B点氖管应发光，与题意矛盾。
D选项：灯L内部短路会造成火线、零线短路，现象与A选项一致，不符合测试结果。
综上，故障为B、C之间某处断路，故选C。
【答案】
C
【知识点】
测电笔的使用；电路故障分析
【点评】
本题通过测电笔的测试现象判断电路故障，核心是利用测电笔的工作原理判断被测点与火线的连通性，同时需要掌握短路、断路故障对应的电路现象，通过排除法确定正确选项，对电路故障分析能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
例题2 电路中电流过大时，熔丝会熔断从而自动切断电路。下表是一段熔丝的部分参数数据。
(1) 请计算：当电路中电流达到20A时，在0.5s内该熔丝温度将升高多少？（电阻的变化和散热不计）
(2) 铜的熔点为1083℃，试说明为什么不能用铜丝代替熔丝。
解析 (1) 当电路中电流达到20A时，在0.5s内该熔丝上产生的电热为
$Q = I^{2}Rt = (20A)^{2}×0.2\Omega×0.5s = 40J$；
熔丝的质量为
$m = \rho V = \rho Sl = 1.1×10^{4}kg· m^{-3}×2×10^{-6}m^{2}×5×10^{-2}m = 1.1×10^{-3}kg$；
熔丝升高的温度为
$\Delta t = \frac{Q}{cm} = \frac{40J}{1.3×10^{3}J/(kg· °C)×1.1×10^{-3}kg} \approx 280°C$。
(2) 铜的电阻小，产生的热量少；铜的熔点高，不易熔断，电流超载时不能自动断开电路，起不到保护电路的作用。
(1) 请计算：当电路中电流达到20A时，在0.5s内该熔丝温度将升高多少？（电阻的变化和散热不计）
(2) 铜的熔点为1083℃，试说明为什么不能用铜丝代替熔丝。
解析 (1) 当电路中电流达到20A时，在0.5s内该熔丝上产生的电热为
$Q = I^{2}Rt = (20A)^{2}×0.2\Omega×0.5s = 40J$；
熔丝的质量为
$m = \rho V = \rho Sl = 1.1×10^{4}kg· m^{-3}×2×10^{-6}m^{2}×5×10^{-2}m = 1.1×10^{-3}kg$；
熔丝升高的温度为
$\Delta t = \frac{Q}{cm} = \frac{40J}{1.3×10^{3}J/(kg· °C)×1.1×10^{-3}kg} \approx 280°C$。
(2) 铜的电阻小，产生的热量少；铜的熔点高，不易熔断，电流超载时不能自动断开电路，起不到保护电路的作用。
答案
解析
【分析】
(1) 要计算熔丝升高的温度，首先根据焦耳定律计算电流通过熔丝产生的热量（因为电阻变化和散热不计，产生的热量全部用于升高熔丝温度）；然后利用密度公式计算熔丝的质量，需先统一各物理量的单位；最后根据热量计算公式$Q=cm\Delta t$变形求出温度变化量$\Delta t$。
(2) 熔丝的作用是电路电流过大时熔断以切断电路，需从铜丝的电阻、熔点与熔丝的差异分析：铜的电阻小，相同电流下产生热量少，且铜的熔点远高于熔丝，电流过大时铜丝不易达到熔点熔断，无法起到保护作用。
【解析】
(1) ① 计算电流产生的热量：
根据焦耳定律$Q=I^{2}Rt$，代入数据$I=20A$，$R=0.2\Omega$，$t=0.5s$，
可得$Q=(20A)^{2}×0.2\Omega×0.5s=40J$。
② 计算熔丝的质量：
先统一单位：$l=5cm=0.05m$，$S=2mm^{2}=2×10^{-6}m^{2}$，
熔丝的体积$V=Sl=2×10^{-6}m^{2}×0.05m=1×10^{-7}m^{3}$，
根据密度公式$m=\rho V$，代入$\rho=1.1×10^{4}kg·m^{-3}$，
可得$m=1.1×10^{4}kg·m^{-3}×1×10^{-7}m^{3}=1.1×10^{-3}kg$。
③ 计算熔丝升高的温度：
由$Q=cm\Delta t$变形得$\Delta t=\frac{Q}{cm}$，代入$Q=40J$，$c=1.3×10^{2}J·(kg·℃)^{-1}$，$m=1.1×10^{-3}kg$，
$\Delta t=\frac{40J}{1.3×10^{2}J·(kg·℃)^{-1}×1.1×10^{-3}kg}\approx280℃$。
(2) 铜的电阻比熔丝小，在相同电流和通电时间下，根据$Q=I^{2}Rt$，铜丝产生的热量更少；且铜的熔点（1083℃）远高于熔丝的熔点（327℃），当电路中电流过大时，铜丝的温度难以升高到自身熔点，无法及时熔断，不能自动切断电路，起不到保护电路的作用。
【答案】
(1) 该熔丝温度将升高约280℃；
(2) 铜的电阻小，产生热量少，且熔点高，电流过大时不易熔断，无法切断电路，起不到保护电路的作用。
【知识点】
焦耳定律、密度公式、热量计算
【点评】
本题结合生活中的熔丝应用，综合考查电学与热学公式的应用，解题时需注意单位的统一，同时要理解熔丝的工作原理，将物理知识与实际应用相结合。
【难度系数】
0.6
(1) 要计算熔丝升高的温度，首先根据焦耳定律计算电流通过熔丝产生的热量（因为电阻变化和散热不计，产生的热量全部用于升高熔丝温度）；然后利用密度公式计算熔丝的质量，需先统一各物理量的单位；最后根据热量计算公式$Q=cm\Delta t$变形求出温度变化量$\Delta t$。
(2) 熔丝的作用是电路电流过大时熔断以切断电路，需从铜丝的电阻、熔点与熔丝的差异分析：铜的电阻小，相同电流下产生热量少，且铜的熔点远高于熔丝，电流过大时铜丝不易达到熔点熔断，无法起到保护作用。
【解析】
(1) ① 计算电流产生的热量：
根据焦耳定律$Q=I^{2}Rt$，代入数据$I=20A$，$R=0.2\Omega$，$t=0.5s$，
可得$Q=(20A)^{2}×0.2\Omega×0.5s=40J$。
② 计算熔丝的质量：
先统一单位：$l=5cm=0.05m$，$S=2mm^{2}=2×10^{-6}m^{2}$，
熔丝的体积$V=Sl=2×10^{-6}m^{2}×0.05m=1×10^{-7}m^{3}$，
根据密度公式$m=\rho V$，代入$\rho=1.1×10^{4}kg·m^{-3}$，
可得$m=1.1×10^{4}kg·m^{-3}×1×10^{-7}m^{3}=1.1×10^{-3}kg$。
③ 计算熔丝升高的温度：
由$Q=cm\Delta t$变形得$\Delta t=\frac{Q}{cm}$，代入$Q=40J$，$c=1.3×10^{2}J·(kg·℃)^{-1}$，$m=1.1×10^{-3}kg$，
$\Delta t=\frac{40J}{1.3×10^{2}J·(kg·℃)^{-1}×1.1×10^{-3}kg}\approx280℃$。
(2) 铜的电阻比熔丝小，在相同电流和通电时间下，根据$Q=I^{2}Rt$，铜丝产生的热量更少；且铜的熔点（1083℃）远高于熔丝的熔点（327℃），当电路中电流过大时，铜丝的温度难以升高到自身熔点，无法及时熔断，不能自动切断电路，起不到保护电路的作用。
【答案】
(1) 该熔丝温度将升高约280℃；
(2) 铜的电阻小，产生热量少，且熔点高，电流过大时不易熔断，无法切断电路，起不到保护电路的作用。
【知识点】
焦耳定律、密度公式、热量计算
【点评】
本题结合生活中的熔丝应用，综合考查电学与热学公式的应用，解题时需注意单位的统一，同时要理解熔丝的工作原理，将物理知识与实际应用相结合。
【难度系数】
0.6
