2025 高中科技实践之电路故障排查课件

一、电路故障排查的重要性：从实践需求到核心素养培养演讲人01电路故障排查的重要性：从实践需求到核心素养培养02电路故障排查的基础准备：知识、工具与安全规范03电路故障排查的系统方法：从观察到验证的逻辑链04常见故障类型与实战演练：从典型到综合的能力提升05总结与升华：电路故障排查的核心思想与成长价值目录2025高中科技实践之电路故障排查课件各位同学、同仁：大家好！我是从事中学物理教学十余年的张老师。今天，我将以“电路故障排查”为核心，结合高中科技实践课程的目标与学生常见问题，从基础准备到实战演练，系统梳理这一主题。作为科技实践的重要环节，电路故障排查不仅是验证理论知识的关键手段，更是培养科学思维、动手能力和问题解决意识的核心载体。接下来，我将从“为什么要学”“学什么”“怎么学”三个维度展开讲解。01电路故障排查的重要性：从实践需求到核心素养培养1高中科技实践的现实需求新高考改革背景下，物理学科对“实验探究”能力的考查权重逐年提升。在科技实践课程中，无论是“简易台灯制作”“温度报警电路设计”还是“太阳能充电模块组装”，学生完成电路连接后，90%以上的小组会遇到“灯泡不亮”“电流表无示数”“电压异常”等问题。此时，能否快速定位并解决故障，直接决定了实践活动的推进效率与学习效果。我曾带过一个班级，在“串联电路电流规律”实验中，有3组学生因导线接触不良导致数据偏差，却因不会排查故障而放弃实验——这让我深刻意识到：故障排查不是“额外技能”，而是完成实践活动的“必备能力”。2核心素养的培养路径深化知识理解：排查故障时需调用欧姆定律、串并联电路特点等理论知识，将抽象概念与具体现象结合；培养科学思维：通过“观察现象—提出假设—验证假设”的逻辑链，形成严谨的实证意识；电路故障排查本质是“发现问题—分析问题—解决问题”的科学探究过程。通过这一过程，学生能：提升操作能力：熟练使用万用表、电烙铁等工具，掌握安全规范的操作流程；增强协作意识：小组分工排查故障时，需沟通数据、讨论方案，锻炼团队协作能力。02电路故障排查的基础准备：知识、工具与安全规范1电路基础理论回顾要排查故障，首先需明确“正常电路”的标准。我们以最常见的“电源—开关—用电器—导线”闭合回路为例：1电路基础理论回顾1.1电路的基本参数电流（I）：闭合回路中，电流从电源正极出发，经用电器回到负极；串联电路电流处处相等（I₁=I₂=…=Iₙ），并联电路干路电流等于各支路电流之和（I=I₁+I₂+…+Iₙ）。电压（U）：电源提供总电压，串联电路总电压等于各用电器电压之和（U=U₁+U₂+…+Uₙ），并联电路各支路电压相等（U₁=U₂=…=Uₙ）。电阻（R）：导体对电流的阻碍作用，串联电路总电阻等于各电阻之和（R=R₁+R₂+…+Rₙ），并联电路总电阻倒数等于各电阻倒数之和（1/R=1/R₁+1/R₂+…+1/Rₙ）。1电路基础理论回顾1.2常见故障的理论表现断路（开路）：电路某处断开，电流无法通过。表现为：用电器不工作（如灯泡不亮），断路点两端电压等于电源电压（用万用表测断路点两端，示数接近电源电压），断路点之外部分无电压。短路：电流绕过部分用电器直接构成回路。表现为：被短路的用电器不工作（如灯泡熄灭），短路处电压接近0（用万用表测短路点两端，示数接近0），其他用电器电压可能升高（若短路干路，可能烧毁电源）。接触不良：导线与接线柱、元件引脚等连接不紧密，导致电阻增大。表现为：用电器时亮时灭，电流示数不稳定，接触点温度异常（可通过触摸感知，但需注意安全）。2工具与器材的规范使用工欲善其事，必先利其器。故障排查中，常用工具包括万用表、电烙铁、导线、开关等，其中万用表是核心工具。2工具与器材的规范使用2.1万用表的操作要点我在教学中发现，学生最常犯的错误是“不会选量程”或“表笔接反”。以数字万用表为例，操作步骤如下：测电压：将功能旋钮转至“V-”（直流电压）或“V~”（交流电压），根据电源电压选择量程（如电源为3V，选20V量程即可）；红表笔接高电位端（如用电器正极），黑表笔接低电位端（如负极）；若示数为负，说明表笔接反，交换即可。测电流：将功能旋钮转至“A-”（直流电流），红表笔插入“mA”或“20A”插孔（根据预估电流选择），黑表笔插“COM”；必须将万用表串联在电路中（断开电路，表笔接断点两端）。测电阻：将功能旋钮转至“Ω”，选择合适量程（如预估电阻100Ω，选200Ω量程）；测量时需断开电源，避免损坏万用表。2工具与器材的规范使用2.2其他工具的注意事项电烙铁：用于焊接导线或元件引脚，使用前需检查电源线是否破损，加热后避免触碰金属部分；焊接时需先清理焊点（去氧化层），再均匀涂抹焊锡，确保连接牢固。导线与接线柱：导线绝缘皮需剥除1-2cm（过长易短路，过短接触不良），剥线时避免损伤内部铜丝；接线柱需拧紧，可用镊子轻拉导线测试是否松动。3安全规范：排查故障的“第一准则”电路实验中，安全永远是第一位的。我曾目睹学生因未断开电源测量电阻，导致万用表烧毁；也有学生因导线绝缘皮破损未处理，引发短路冒烟。因此，必须强调以下规范：断电操作：测量电阻、焊接元件、调整电路连接时，必须断开电源；量程优先：使用万用表时，先选大量程粗测，再根据示数调整至合适量程；绝缘检查：实验前检查导线、元件引脚是否有绝缘皮破损，避免短路；异常处理：若出现冒烟、异味、元件发烫等情况，立即断开电源并报告老师。03电路故障排查的系统方法：从观察到验证的逻辑链电路故障排查的系统方法：从观察到验证的逻辑链掌握了基础理论和工具后，我们需要建立一套系统的排查流程。根据多年教学经验，我总结了“四步排查法”：观察现象→提出假设→验证假设→修复故障，每一步都需严谨记录，避免遗漏。1第一步：观察现象——获取“故障信号”现象是故障的“语言”。排查前，需从以下维度记录现象：1第一步：观察现象——获取“故障信号”1.1用电器状态灯泡：是否发光？亮度是否正常（过暗可能是电压不足，过亮可能是短路其他用电器）？电表：电流表是否有示数（无示数可能是断路，示数过大可能是短路）？电压表示数是否符合理论值（如串联电路中某用电器电压为0，可能被短路）？1第一步：观察现象——获取“故障信号”1.2外部特征气味：是否有焦糊味（可能是元件过载烧毁）？温度：导线、电阻、电源是否异常发热（接触不良或电流过大）？连接状态：导线是否脱落、接线柱是否松动、元件引脚是否氧化（氧化会导致接触电阻增大）？案例1：某小组连接“2节干电池（3V）+开关+2个小灯泡（额定电压1.5V）串联”电路，闭合开关后，两灯均不亮，电流表无示数。此时观察到：导线与接线柱连接紧密，电池电量充足（用万用表测电源电压为3V），初步判断为“某处断路”。2第二步：提出假设——缩小故障范围基于观察到的现象，结合电路理论，提出可能的故障点。假设需符合“最小范围原则”，即优先考虑最可能的原因。2第二步：提出假设——缩小故障范围2.1按故障类型分类假设若用电器不工作且电流表无示数→可能是断路（导线断开、开关接触不良、灯泡灯丝烧断）；01若用电器不工作但电流表有示数（或示数过大）→可能是短路（灯泡短路、导线直接连接电源两极）；02若用电器工作不稳定→可能是接触不良（导线与接线柱松动、元件引脚氧化）。032第二步：提出假设——缩小故障范围2.2按电路结构定位假设21串联电路：故障点多在“电流唯一路径”上，如某一用电器、导线或开关；案例1续：两灯串联不亮，电流表无示数，电源正常→可能的断路点：开关接触不良、某灯泡灯丝断、某段导线断开。并联电路：若某一支路故障，其他支路可能正常工作（如某灯泡不亮但另一灯泡正常，可能是该支路断路）；混联电路：需先分析各部分连接关系，再逐步排查。433第三步：验证假设——用工具“说话”假设需通过测量或替换法验证。常用验证方法如下：3第三步：验证假设——用工具“说话”3.1测量法（最常用）测电压：闭合开关，用万用表并联在各元件两端（如测灯泡两端电压）。若某元件两端电压等于电源电压（3V），则该元件或其串联部分断路（因断路点相当于“电阻无穷大”，分压全部电源电压）。测电阻：断开电源，用万用表测各元件或导线的电阻。若某段导线电阻无穷大（正常应接近0），则导线断开；若灯泡电阻无穷大（正常约几欧到几十欧），则灯丝烧断。3第三步：验证假设——用工具“说话”3.2替换法（快速定位）若怀疑某元件故障，可用同规格元件替换后观察现象。如案例1中，若替换其中一个灯泡后电路正常，则原灯泡灯丝烧断；若替换开关后正常，则开关接触不良。3第三步：验证假设——用工具“说话”3.3短接法（适合简单电路）用一根导线短接某元件（如短接灯泡），若其他用电器正常工作，则被短接的元件断路（短接后电流绕过断路点，形成通路）。案例1验证：闭合开关，用万用表测第一个灯泡两端电压为3V（电源电压），测第二个灯泡两端电压为0→说明第一个灯泡或其左侧导线断路。进一步断开电源，测第一个灯泡电阻为无穷大（正常约5Ω）→确认该灯泡灯丝烧断。4第四步：修复故障——规范操作保安全找到故障点后，需根据具体情况修复：导线断开：剥去绝缘皮至铜丝露出，重新连接接线柱并拧紧；灯丝烧断：更换同规格灯泡；接触不良：清理接线柱氧化层（用砂纸轻擦），重新连接并测试；元件短路：检查是否有导线误接（如将灯泡两端直接连接），调整连接方式。案例1修复：更换第一个灯泡后，闭合开关，两灯正常发光，电流表显示0.3A（符合3V/(5Ω+5Ω)=0.3A的理论值），故障排除。04常见故障类型与实战演练：从典型到综合的能力提升1常见故障类型及处理策略通过多年教学，我总结了高中电路实验中最常见的5类故障，每类故障均需掌握“现象-原因-排查-修复”的完整逻辑。1常见故障类型及处理策略1.1断路故障现象：用电器不工作，电流表无示数，断路点两端电压等于电源电压；01常见原因：导线断裂（尤其是反复弯折处）、灯泡灯丝烧断（长时间过载）、开关接触不良（内部弹片氧化）；02排查方法：测电压法（找电压等于电源电压的元件）、替换法（替换可疑元件）；03修复：更换导线/灯泡，清理开关弹片。041常见故障类型及处理策略1.2短路故障STEP4STEP3STEP2STEP1现象：被短路的用电器不工作（如灯泡熄灭），未被短路的用电器可能过亮（电压升高），电流表示数过大（可能烧毁电表）；常见原因：导线绝缘皮破损（铜丝接触导致短路）、元件引脚误接（如将灯泡两端直接连在电源两极）；排查方法：测电压法（短路点两端电压接近0）、观察法（寻找导线破损处）；修复：包裹破损导线绝缘皮，调整错误接线。1常见故障类型及处理策略1.3接触不良现象：用电器时亮时灭，电流表/电压表指针抖动，接触点温度升高；1常见原因：接线柱未拧紧、元件引脚氧化（如电池正负极氧化）、导线剥线过短（仅部分铜丝接触）；2排查方法：观察法（轻摇导线看现象是否变化）、测电阻法（接触不良处电阻大于正常值）；3修复：拧紧接线柱、用砂纸清理氧化层、重新剥线（确保1-2cm铜丝接触）。41常见故障类型及处理策略1.4电表使用错误现象：电压表无示数（可能并联在导线两端）、电流表烧毁（直接接电源两极）、示数异常（量程选择过小）；01常见原因：电表连接方式错误（电压表应并联，电流表应串联）、量程选择不当；02排查方法：检查电表连接方式（是否与用电器并联/串联）、确认量程（是否覆盖预估值）；03修复：调整电表连接方式，选择合适量程（如测3V电压选20V量程）。041常见故障类型及处理策略1.5电源问题现象：所有用电器均不工作，电流表/电压表无示数；常见原因：电池电量耗尽（电压低于额定值）、电池正负极装反（电源短路）；排查方法：用万用表测电源电压（新干电池约1.5V，低于1.2V需更换）、检查正负极方向；修复：更换新电池，调整正负极方向。010302042实战演练：综合故障排查案例为巩固所学，我们以“温度报警电路”为例，设计一个综合故障场景，分组完成排查任务。2实战演练：综合故障排查案例2.1电路设计电源：3V直流电源；传感器：热敏电阻（温度升高，电阻减小）；控制元件：电磁继电器（线圈电压≥2V时吸合）；报警装置：蜂鸣器（需≥1.5V触发）；连接方式：热敏电阻与定值电阻（100Ω）串联，继电器线圈并联在定值电阻两端；蜂鸣器接在继电器常闭触点。2实战演练：综合故障排查案例2.2故障场景闭合电源开关后，无论温度如何变化，蜂鸣器始终不响。2实战演练：综合故障排查案例2.3排查步骤（学生分组完成）观察现象：蜂鸣器不响，继电器未吸合（无“咔嗒”声）；提出假设：可能是电源问题、继电器线圈未达吸合电压、蜂鸣器或其电路断路；验证假设：测电源电压：3V正常