掌握方法,巧解电路安全问题 物理电路安全问题
有关电学电路安全问题，在河北省中考以及各省市区模拟考试中一直是热点考试题型之一。2010年34题【知识拓展】第（2）题、2012年34题第(2)题等等,就是对这方面的考察。而这类题目往往得分率普遍不高，究其原因，就是学生在解决这类问题上思路混乱、顾此失彼，尤其是在一些综合性题目上就更是无从下手。下面就举几例，通过对这类问题的探讨，使同学们有所收获，巧妙地解决电路安全问题。
一、用电器安全问题
用电器一般都有正常工作的额定值，如：额定电压、额定电流等。为保证用电器的且安全，应使用电器两端的电压不高于额定电压或者通过用电器的电流不高于其额定电流。具体的说就是，在串联电路中，处处电流相等，因此，我们可以计算出每个用电器的额定电流，把用电器正常工作的最小电流作为电路中的电流。在并联电路中，并联电路两端电压相等，因此，我们可以先确定每个用电器的额定电压，把用电器正常工作的最小电压作为电路两端的电压。
例1、分别标有“6V 2W”的灯泡L1和“12V 8W”的灯泡L2，串联后接在电路中，为使其中一个正常发光，加在电路两端的电压应是（ ）
A、6VB、12VC、18VD、24V
解析：由于串联U1/U2=R1/R2,L1的电阻R1=U2/P=（6V）2/2W=18Ω，L2的电阻R2=U2/P=（12V）2/8W=18Ω，两灯电阻相等，串联分得的电压相等。因此每灯分得的电压只能满足小电压的，即每灯两端电压为6V，故选项B正确。
二、电流表、电压表安全问题
电压表、电流表都有各自的量程，为了保证电流表、电压表正常使用，电路中的电流不应该超过所选的电流表的量程，电压表两端的电压不应该超过所选的电压表的量程。
例2、（2007湖北黄石）图1（甲）所示是“测量小灯泡的电功率”实验的电路图，图1（乙）是即将连接完成的实验电路。其中电源为三节新的干电池，灯泡的额定电压为3.8V，灯丝的电阻约为l0Ω，滑动变阻器标有“10Ω1A”的字样。
图1
（1）对照电路图，用笔画线代替导线，将实物图未完成部分连接好。（其余问题略）。
解析：问（1）考查电流表和电压表在电路中的连接，这类题在河北省考试中几乎年年考察。在连接时要把握三个要点：一是电流表要与被测电路串联，电压表与被测电路并联；二是电流表和电压表的“+、-”接线柱的连接要正确，使电流从“+”接线柱流进“-”接线柱流出；三是量程要选择恰当，在保证被测电流和电压不超过量程的前提下选择小量程。本题中灯泡正常发光时电压为3．8V，超过了电压表0～3V量程，因此选择0～15V量程．灯泡正常发光时的电流为I=U/R=3.8V/10Ω=0.38A<0.6A，因此选择0～0.6A量程。量程选好自然连线就容易了。
三、滑动变阻器安全问题
滑动变阻器是通过改变其阻值来改变电路中的电流或电路两端电压的重要电学仪器，在电学实验中正确选取滑动变阻器，既要有理论知识又要有实践经验，是学生应该掌握的基本技能，也是教学中的难点。滑动变阻器的名牌上通常标有最大阻值和允许通过的最大电流值，因此，为保证滑动变阻器的安全，电路中的电流不应该超过所允许通过的最大电流值。另外为了保证其他用电器或电流表的安全，往往也可以从最大阻值入手，选择合适的滑动变阻器。
例3、一个额定电压是6V的小灯泡，其正常工作时通过的电流约为0.3A，小明想测定这个小灯泡的额定功率，实验室中有如下器材：电流表、电压表、开关各一个，三个规格分别为“10Ω 1A”、50Ω 0.5A”和“1KΩ 0.1A”的滑动变阻器，导线若干，电源一个（12V）。
（1）小明设计的电路图如图2所示，通过分析，你认为小明应选用规格为滑动变阻器。(其他问题略)
图2
解析：滑动变阻器除了有保护电路的作用以外，另一个作用就是分压，以保持定值电阻两端的电压不变。在本题中，滑动变阻器就是在电阻改变时，通过调节滑动变阻器的阻值来保证电阻两端的电压不变。要测小灯泡的额定功率，电路中的电流应能达到0.3A因此，规格为“1KΩ 0.1A”就不能选了，否则滑动变阻器就会烧毁。剩下的两个滑动变阻器就应该从分压的角度考虑了。由于小灯泡需在6V电压下测量额定功率，因此，滑动变阻器需分得的电压U=12V-6V=6V，此时电路中的电流为0.3A,滑动变阻器的电阻R=6V/0.3A=20Ω,,到此我们可以判断选“50Ω 0.5A”的滑动变阻器。
四、综合类问题
上面是较为简单的安全问题，更多情况是电路中既有用电器、电流表、电压表和滑动变阻器，由于滑动变阻器滑片的移动，会使电路发生变化，从而引起电路中电流、电压发生变化，为保证电路安全，这时，就需要考虑以下问题：（1）电路中的电流既不能超过电流表的量程、滑动变阻器的最大电流值，又不能超过用电器的额定电流值。（2）用电器两端的电压不能超过电压表的量程。
例4、某同学在做“调节灯泡亮度”的实验时，电路如下图所示，电源电压恒为4.5V，电压表量程“0—3V”，滑动变阻器规格“20Ω 1A”，灯泡L标有“2.5V 1.25W”字样（忽略灯丝电阻的变化）再不损毁电流原件的情况下，下列判断正确的是
A、电路中电流变化范围0.18A—0.5A
B、滑动变阻器阻值变化范围2.5Ω—10Ω
C、灯泡的最小功率是0.162W
D、该电路的最大功率是2.25W
解析：灯泡的电阻RL=U2/P=（2.5V）2/1.25W=5Ω，灯泡的额定电流I1= P/U=1.25/2.5=0.5A，电路中对电流有要求的除了灯泡的额定电流I1=0.5A外，还有滑动变阻器允许的最大电流I2=1A ,电流表量程I3=0.6A，因此，为保证以上三者的安全，电路中的电流我们只能取三者中最小的即I最大=0.5A作为电路中的最大电流。此时，电路消耗的最大功率P最大=4.5V*0.5A=2.25W。判断选项D正确。当电流最大时，电路中的最小总电阻R总小=U电源/I最大=4.5V/0.5A=9Ω，此时滑动变阻器连入的电阻最小R最小=R总小-RL=9Ω-5Ω=4Ω,至此我们判断出选项B错误。当滑动变阻器连入电阻稍大些时，电压表分得的电压也变大，但最多也不能超出电压表的量程3V,故滑动变阻器两端的电压为3V时，电路中电流最小I最小=（4.5-3）V/5Ω=0.3A,故选项A错，灯泡的最小功率P最小=（0.3A）2/5Ω=0.45W，故选项C错。
像上面的例子这样，考察比较广泛，内容复杂，很多学生做起来都棘手。但是，我们如果掌握这类题的解题方法（确定电路中的最大电流和滑动变阻器所分的最大电压是解题的突破口），再做一定量有针对性的练习，相信同学们会做好的。