例談電路保護問題的解題思路

例談電路保護問題的解題思路

楊雷

(江蘇省豐縣初級中學，江蘇豐縣221700)

在電路分析時，經常會遇到保護電路的問題，雖然只增添了幾個元器件，卻能使電路安全穩定地工作.誰在為電路保駕護航？一個完整的電路保護要考慮過流、過壓、過熱三個方面，由于初中學生所學知識的限制，本文僅從過流方面進行探討，以期培養學生保護電路的意識.過流保護電路是電路中不可缺少的重要組成部分，根據其保護方式的不同可分為斷開方式和限流方式.

1斷開式

斷開式是采用在電路中加入熔斷器、漏電保護器等方式，當電路中電流過大時熔斷器熔斷，當電路中電流異常時漏電保護器自動斷開，從而達到保護電路的作用.

例1(2013年鹽城)家用漏電保護器是在用電器發生漏電故障或人體觸電時實施保護的設備，家庭電路漏電時，通過火線與零線的電流不相等，漏電保護器中有一特殊裝置(在圖中虛線框內，未畫出)檢測到這一差異后，便切斷電源，起到保護作用，漏電保護器中還有試驗電路，由一只開關S與電阻R組成，閉合開關S就能模擬漏電情形，圖1中試驗電路的連接符合要求的是().

圖1

圖2

解析：由題意可知，漏電保護器的工作原理是當它檢測到通過火線與零線的電流不相等，便切斷電源，起到保護作用.如圖2所示，定值電阻R與用電器并聯接入電路中，流過火線A處的電流為用電器支路I2，流過零線B處的電流為兩條支路電流之和I1+I2，造成通過火線與零線的電流不相等，所以C電路能就能模擬漏電情形，答案為C.

例2熔絲在電路中起保護作用，電流過大時，能自動切斷電路．下表是一段熔絲的數據.

長度L橫截面積S電阻R密度ρ比熱容C熔點t5cm2mm20.2Ω11×103kg/m31.3×103J/(kg·℃)327℃

(1) 請計算當電路中電流達20A時，在0.5s內該熔絲溫度將升高多少度？(設電阻的變化和散熱不計)

(2) 銅的熔點為1083℃，試說明為什么不能用銅絲代替熔絲.

解析：(1)由題意可知，電流通過熔絲產生的電熱全部轉化為熔絲的內能，即Q=Q吸，

=28℃.

(2) 根據電流的熱效應，當電流通過導體時有一部分電能將轉化為內能.熔絲就是利用電流的熱效應工作的，當通過熔絲的電流過大時，熔絲將會被燒斷從而保護電路，其被燒斷必須瞬時完成，否則起不到保護電路的作用.由焦耳定律Q=I2Rt可知，在電流和時間一定時，可通過增大熔絲的電阻R產生更多的內能，或選擇熔點較低的材料制作熔絲，達到瞬間熔斷的目的.綜合考慮，熔絲的材料應選擇電阻率大、熔點低的材料制作，一般選擇鉛銻合金絲材料.而銅的熔點為1083℃，比較高，所以不能用銅絲代替熔絲.

2限流式

每個元器件都有允許通過的最大電流，當電流超過允許的最大電流時會造成該元器件損壞，所以要限制電路中的電流大小.限流式通常采用在電路中串聯一個電阻，起到限制電路中電流過大的作用.

圖3

例3(2014年南京)在綜合實踐活動課上，小明設計了如圖3所示的模擬調光燈電路，此電路中電源電壓不變，燈泡L標有“6V3W”字樣，定值電阻R1的阻值為6Ω，將滑動變阻器R2的滑片P置于最右端，閉合開關，電壓表和電流表示數分別為6V和0.3A；移動滑片P至某一位置，電壓表和電流表示數分別為1V和0.5A．

(1) 燈泡L正常發光時的電阻多大？

(2) 滑動變阻器R2的滑片P在最右端時，閉合開關，燈泡L的實際功率多大？

(3) 為使燈泡安全工作，R2的滑片能自由滑動，且滑片P滑到某一端時燈泡能正常發光，應采取怎樣的保護措施？請具體說明．

解析：Ω.

例4如圖4所示是一種自動測定油箱內油面高度的裝置．(1) 圖中虛線框內的裝置相當于簡單機械中的________；(2) 圖4中R是電學中的什么元件？(3) 油量表是用________(電流表/電壓表)改裝的；(4) 當油箱中的浮標向上運動時，R的電阻值將________，此時電路中的電流將________.(選填“增大”或“減小”)．(5) R′在電路中所起的作用是________.

圖4

解析：(1) 圖中虛線框內的裝置相當于簡單機械中的杠桿.

(2) 圖4中R是電學中的滑動變阻器.

(3) 油量表串聯在電路中，所以油量表是用電流表改裝的.

(4) 當液面上升時，導致浮標的上浮，從而使滑動變阻器R的電阻值減小，電路中的電流將增大.

(5) 當液面上升到最高處時，滑動變阻器的阻值為零，若不接保護電阻R′，此時電路將發生短路，油量表將會被燒壞.由此可見，R′在電路中所起的作用是保護電路.

綜上分析可知，保護電路的相關問題注重考查學生對物理規律的理解，教師要在課堂教學中注意滲透保護電路的安全意識，讓安全常記心間.