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关于电路安全类问题探析
衡水景县安陵中学 张桂贞
用电器一般有其正常工作电压、电流，使用中不能超过这些额定值，否则会引起用电器的破坏；电压表、电流表有其量程，使用中不能超过；变阻器也有允许通过的最大电流。而当电路中滑动变阻器滑片移动或开关断开与闭合时，电路的结构会发生变化，从而引起电路中电流及各部分两端电压的变化，这样就出现了电路安全类问题。 这是近几年来各省中考中出现较多的一类习题，学生因苦于无从下手而望而却步。下面从两道例题着手将自己的的一点解题体会写下来，以飨读者，也希望广大同行对其进行补充修订。
例1：（2007 河北）把标有“6V 3W”的小灯泡与最大阻值为100Ω的滑动变阻器连接在电源电压恒为18V的电路中，各电表选择的量程如图1所示，要求闭合开关后两电表的示数均不超过所选量程，且灯泡两端电压不允许超过额定值（灯丝电阻不变）。下列说法正确的是
A．在滑动变阻器滑片向左移动的过程中，
电流表示数变大，电压表示数变大
B．电路的总功率最大值为10.8W
C．小灯泡的电功率最小值为0.75W
图1
D．滑动变阻器允许调节的范围是18Ω～60Ω
[解析]首先计算出灯泡的额定电流和电阻。根据题意，“两表的示数均不超过量程，且灯泡两端电压不允许超过额定值”，即要保护电压表、电流表、灯泡都不被烧坏。由电流表的量程可知电路最大电流为0.6A，有灯泡的额定电流可知电路最大电流为0.5A，所以电路最大电流只能取0.5A。由于电压表与滑动变阻器并联，而滑动变阻器两端电压是随电阻的增大而增大的，所以电压表的量程决定了滑动变阻器连入电路的最大值，也就决定了这个电路的最小电流为Imin=(U—U滑)/Rl=0.25A。那滑动变阻器的取值范围为Rmin=(U/Imax)-Rl=18V/0.5A-12Ω=24Ω,Rmax=U/Imin-Rl=18V/0.25A-12Ω =60Ω;P=UImax=18V×0.5A=9W;P=I2R=(0.25A)2 12Ω=0.75W。
例2：如左下图，电源电压为6V，灯泡的电阻为8Ω，滑动变阻器的阻值为0~20Ω，电流表的量程为0~0.6A，电压表的量程为0~3V，量表均要在其量程范围内使用，以下判断正确的是（ ）
A滑动变阻器的取值范围为2Ω~8Ω B灯泡消耗的最大功率为1.125W
C电路中的最小电流为0.375A D灯泡消耗的最大功率为2.88W

[解析]此题与上题不同之处在于灯泡的安全问题不考虑，再者是电压表并在了灯泡两端。根据题意，要保护电流表，电路的最大电流不能超过0.6A；由于电压表与灯泡并联，电路电流越大，电压表的示数越大，电压表的量程决定了这个电路的最大电流为0.375A，所以电路的最大电流为0.375A，由此决定了滑动变阻器的最小阻值为8Ω；而当滑动变阻器连入电路的阻值大于8Ω时，电路电流就会变小，电压表、电流表的示数都会变小，不会超过量程，也就是说滑动变阻器可以全部连入电路，所以这个电路的最小电流为0.214A。灯泡消耗的最大功率为1.125W.
【练习】（2008 泉州）如右上图电源电压保持12V不变，小灯炮标有“6V 4W”，电流的量程为0～0.6A，滑动变阻器标有“20Ω 2A”，当开关S闭合时，为了保证电路元件都能安全使用， 滑动变阻器接入电路的最小阻值是_________Ω，此时小灯泡的实际功率是______W。
【总结】解决此类问题的思路为：
1、确定电路的连接方式（一般以一灯泡和滑动变阻器串联最为常见），同时明确电流表和电压表所测量的量（特别是电压表的位置）。
2、 确定电路的最大电流和最小电流，这是解这类题的关键。
最大电流由电流表的量程和灯泡的额定电流以及滑动变阻器允许通过的最大电流来决定，若电压表与灯泡并联，还要考虑有电压表的量程所决定的电路电流最大值，几者取其最小值。
若电压表与滑动变阻器并联，由电压表的量程所决定的是电路电流的最小值，若电压表与灯泡这样阻值不变的用电器并联，那滑动变阻器可以全部连入电路，由此所得最小电流为：Imin=U/(Rl+R滑)
3、由电流的最大最小值来确定滑动变阻器的取值范围（最大电流决定了滑动变阻器的最小值，最小电流决定了滑动变阻器的最大值）、电路总功率的最大最小值和灯泡功率的最大最小值。