专题(八) 电路安全问题

专题(八)电路安全问题
类型1串联电路
【规律总结】用电器有额定值，电表有量程，滑动变阻器有允许通过的最大电流，当电路发生动态变化时，不能超过这些值，于是就出现了电路安全问题。

如果将电流表、滑动变阻器、小灯泡等对电压或电流有限制的元件或仪器串联接入电路时，一般首先考虑电流的取值。

如图ZT8－1所示，图上标有各元件的规格，我们可以按如下思路解决电路中允许通过的最大电流问题：
图ZT8－1
例[2015·眉山]如图ZT8－2所示，电源电压恒为7 V，电压表量程为0～3 V，电流表量程为0～0.6 A，滑动变阻器的规格为“20 Ω 1 A”，灯泡标有“6 V 3 W”字样。

闭合开关，若两电表示数均不超过量程，灯泡两端的电压不超过额定电压，不考虑灯丝电阻变化，下列说法正确的是()
图ZT8－2
A．电压表示数变化范围为2～3 V
B．电流表示数变化范围为0.2～0.5 A
C．滑动变阻器连入电路的阻值变化范围为2～9 Ω
D．滑动变阻器的最大功率为0.5 W
【思路点拨】
图ZT8－3
【答案】C
【针对训练】
图ZT8－4
1．[2015·泸州]某同学在做“调节灯泡亮度”的电学实验时，电路如图ZT8－4所示，电源电压恒为6 V，电流表的量程为“0～0.6 A”，电压表的量程为“0～3 V”，滑动变阻器的规格为“20 Ω 2 A”，灯泡L标有“3 V0.9 W”字样(忽略灯丝电阻变化)。

在实验中为了保证所有元件的安全，下列判断正确的是()
A．该电路中，变阻器R接入电路的阻值变化范围为0～20 Ω
B．该电路总功率的变化范围为1.2～3.6 W
C．该电路中，电流表示数的变化范围为0.2～0.6 A
D．该电路中，电灯功率的变化范围为0.4～0.9 W
2.[2015·长春]如图ZT8－5所示的电路，电源电压恒为4.5 V，电流表量程为0～0.6 A，电压表量程为0～3 V，定值电阻阻值为5 Ω，滑动变阻器最大阻值为20 Ω。

闭合开关，移动滑片的过程中，下列说法正确的是()
A．若滑片P向右移动，电流表示数变大
B．滑动变阻器的阻值变化范围为2.5～20 Ω
C．定值电阻的功率变化范围为0.45～1.8 W
D．电压表与电流表的示数比值不变
ZT8－5
ZT8－6
3．[2015·龙东] (多选)图ZT8－6为冬冬实验时所用的电路，电路中电流表的量程为0～
0.6 A，电压表的量程为0～3 V，滑动变阻器的最大阻值为50 Ω，定值电阻R0为10 Ω，电源电压为6 V且保持不变，实验时操作正确并保证电路各元件安全，则在闭合开关后，移动滑片P的过程中()
A．电流表最小示数是0.3 A
B．滑动变阻器允许接入的最大电阻是10 Ω
C．电路的最小功率是1.5 W
D．R0的最大功率是3.8 W
类型2并联电路
【规律总结】如果将电压表、电流表、滑动变阻器、小灯泡等对电压或电流有限制的元件或仪器并联接入电路时，一般需考虑电压的选取，如图ZT8－7所示：
ZT8－7
例如图ZT8－8所示，电源电压为12 V，定值电阻R1为12 Ω，滑动变阻器R2标有“50 Ω 1 A”字样，电流表A1量程为0～3 A，A2量程为0～0.6 A。

当滑动变阻器的滑片在中点时，通过滑动变阻器的电流为________A；在滑片移动过程中，电路的最大功率为________W。

ZT8－8
【思路点拨】
图ZT8－9
【答案】0.4819.2
【针对训练】
1．[2015·苏州]如图ZT8－10所示，电源电压为12 V，R0＝60 Ω，滑动变阻器的规格为“50 Ω 2 A”，电流表的量程为“0～0.6 A”，小灯泡上标有“6 V 3 W”字样。

不考虑灯丝电阻变化，并保证电路安全。

则()
图ZT8－10
A．S闭合，S1、S2都断开，滑动变阻器接入电路的阻值范围是8～50 Ω
B．S闭合，S1、S2都断开，调节滑动变阻器，灯泡的功率变化范围是2.25～3 W
C．S、S1、S2都闭合，电路的总功率最小值为2.4 W
D．S、S1、S2都闭合，当电路的总功率最大时，滑动变阻器接入电路的阻值是30 Ω
2．[2015·安顺]如图ZT8－11所示，灯泡L1的电阻为50 Ω，额定功率为2.5 W，滑动变阻器R2的最大电阻为200 Ω，电源电压为10 V且保持不变。

闭合开关，移动滑动变阻器的滑片。

不考虑灯泡电阻随温度变化因素，求：
(1)灯泡L1的最大功率是多少？
(2)电压表读数的变化范围是多少？
图ZT8－11
3．[2015·鄂州]某物理兴趣小组的同学们为自己的房间设计了一种冬天取暖的电路模型。

如图ZT8－12所示，只闭合开关S，灯泡L发光，发热电阻丝R1工作；温度较低时，可再闭合S1、S2，由发热电阻丝R2改成的滑动变阻器开始工作。

电源电压为24 V，R2上标有“100 Ω 3 A”的字样，电流表A1的量程为0～0.6 A，电流表A2的量程为0～3 A，灯泡上标有“12 V 3 W”的字样。

(1)闭合S，断开S1、S2，灯泡正常工作，求R1的阻值。

(2)S、S1、S2均闭合时，求滑动变阻器R2电功率的最小值和最大值。

图ZT8－12
4．[2015·重庆B卷]如图ZT8－13所示，电源电压恒为18 V，小灯泡L标有“6 V 3 W”字样，滑动变阻器R标有“100 Ω 1 A”字样，电压表使用的量程为0～15 V，电流表使用的量程为0～0.6 A，R0为一定值电阻，当闭合开关S、S1，断开S2时，灯泡L恰好正常发光。

不计温度对灯丝电阻的影响，求：
(1)小灯泡L的电阻。

(2)闭合开关S、S1，断开S2时，通电1 min，电流通过定值电阻R0所做的功。

(3)当闭合开关S、S2，断开S1时，在保证电表不超量程，灯泡L两端的电压不超额定电压的情况下，滑动变阻器R功率的变化范围。

图ZT8－13
专题(八)电路安全问题
1.D
2.C
3．AB[解析] 当电压表示数为3 V时，电路中的电流最小，滑动变阻器接入电路的电阻最
大，由于电源电压为6 V，故R0两端电压最小为3 V，因此电路中最小电流I＝U0
R0＝
3 V
10 Ω
＝
0.3 A，根据串联分压原理可知，滑动变阻器接入电路中最大电阻等于定值电阻R0的阻值10 Ω，故A、B正确。

电路中最小功率P＝UI＝6 V×0.3 A＝1.8 W，故C错误。

R0的最大功率：P0＝I2R0＝2×10 Ω＝3.6 W，故D错误。

1.D
2．(1)2 W(2)0～8 V
3．(1)48 Ω(2)5.76 W60 W
4．(1)小灯泡L的电阻：R＝U额2
P额
＝
（6 V）2
3 W＝12
Ω。

(2)当闭合开关S、S1，断开S2时，由于小灯泡正常发光，故它们串联时的电流大小为I0＝I L
＝P L U L ＝3 W 6 V
＝0.5 A ；电阻R 0所做的功为：W 0＝U 0I 0t ＝(U －U L )I 0t ＝(18 V －6 V )×0.5 A ×60 s ＝360 J 。

(3)当闭合开关S 、S 2，断开S 1时，灯泡与电阻R 串联，所以电路中的最大电流不是电流表的最大测量值，而应是小灯泡的额定电流，即为0.5 A ，
此时滑动变阻器的电功率为：P R ＝U R I ＝(18 V －6 V )×0.5 A ＝6 W ；
而当滑动变阻器的阻值增大时，电压表的示数也会增大，电压表的示数最大时，可得出小灯泡两端的电压为18 V －15 V ＝3 V ，
所以滑动变阻器此时的电流等于小灯泡中的电流，即I R ＝I′L ＝U′L R L ＝3 V
12 Ω＝0.25 A ，
此时滑动变阻器的电功率为：P′R ＝U′R I R ＝15 V ×0.25 A ＝3.75 W 。

所以滑动变阻器R 功率的变化范围为3.75～6 W 。