关于中考物理中“直流电路安全及保护”问题的思考

总结出串联时考虑到额定电流小的用电器，并联时考虑到额定电压小的用电器即可。本题不能简单的认为因为两个电阻串联，电路两端允许加的最大电压就等于两个电阻的额定电压直接相加，两个电阻并联，通过干路的最大电流就等于两个电阻的额定电流直接相加。另外本题还可以变化为两电阻并联，求电源的总电压。

三、同时考虑保护电流表和电压表的安全

例题3：在图所示的电路中，电阻R1=30Ω，滑动变阻器R2标有“100Ω 2A”字样，电流表的量程为0～0.6A，电压表的量程为0～15V。闭合开关S后，移动滑动变阻器的滑片处于某一位置时，电压表的示数为9V，电流表的示数为0.5A。求：

（1）此时滑动变阻器R2接入电路的阻值；

（2）电源电压；

（3）为了保证两个电表都能正常工作，滑动变阻器R2接入电路的阻值范围。

解析：R2=U2/I=9V/0.5A=18Ω

（2）U1=IR1=0.5A×30Ω=15V

U=U1+U2=15V+9V=24V

（3）对于电压表而言，因为电压表测量的是滑动变阻器的电压，

且当U2最大=15V时，U1′=U-U2最大=24V-15V=9V

I′=U1′/R1=9V/30Ω=0.3A

R′2最大=U2最大/I′=15V/0.3A=50Ω

对于电流表而言，因为电流表测量整个电路的电流，

当I″=0.6A时，U1″=I″R1″=0.6A×30Ω=18V

U2最小=U-U1″=24V-18V=6V

R2最小=U2最小/I″=6V/0.6A=10Ω

∴滑动变阻器的阻值范围为10Ω～50Ω

说明：在我们具体解题时，一方面要考虑电流表安全工作时滑动变阻器的滑动范围，另一方面还要考虑电压表安全工作时滑动变阻器的滑动范围，尤其要引起我们注意的是，一定要分析清楚所求得的电阻值是该种情况下的最大值还是最小值。最后结合两种情況下的电阻值得到一个正确的取值范围。

四、考虑保护多种电路元件的工作安全

例题4：如图所示，电源电压保持6V不变，电流表的量程为0～0.6A，电压表的量程为0～3V，定值电阻R1的规格为“10Ω 0.5A”，滑动变阻器的R2规格为“20Ω 1A”。闭合开关，为了保证电路安全，在变阻器滑片移动过程中，求：

①求电流表示数允许的变化范围？

②求电阻R1消耗功率允许的变化范围？

③求滑动变阻器R2接入电路的阻值允许变化范围？

④电路消耗总功率允许的变化范围？

解析：首先按常规可知允许通过电流表的最大电流为0.6A，允许通过R1的最大电流是0.5A，允许通过滑动变阻器的最大电流是1A，所以为了安全起见，故电路中的电流不能超过0.5A，

但是当I=0.5A时，I=U/（R1+R2）

即：0.5A=6V/（R2+10Ω）

解得：R2=2Ω

如果R2<2Ω，电流会超过电流表的量程，此时，电压表的示数为：

U′=IR1=0.5A×10Ω=5V>3V

所以，最大电流不能为0.5A，而应该保证电压表示数最大为3V，此时：

I最大=3V/10Ω=0.3A

R2两端的电压也是3V，所以，电阻也是10Ω。

即滑动变阻器R2接入电路的阻值允许变化范围是：10～20Ω

当电压最大时为3V，R1的功率：P1=U2/R1=（3V）2/10Ω=0.9W

当电流最小时，滑片P应该放在最左端：I最小=I′=6V/（10Ω+20Ω）=0.2A

故R1的功率：P′=I′2R1=（0.2A）2×10Ω=0.4W

所以，R1功率范围是：0.4～0.9W。

整个电路消耗总功率P最小=U I最小=6V×0.2A=1.2W

整个电路消耗总功率P最大=U I最大=6V×0.3A=1.8W

∴电路消耗总功率允许的变化范围为1.2W～1.8W

说明：本题经过分析有四个电路元件需要保护，环环相扣，若切入点不适宜，找不准，将会发现几个问题会前后牵制，互相矛盾，故最有效的思路是先能找出电路中允许通过的最大电流和最小电流，围绕最大电流和最小电流再去展开考虑其它要解决的问题，将会使问题简化，迎刃而解。

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