例谈电路保护问题的解题思路

例谈电路保护问题的解题思路

杨雷

(江苏省丰县初级中学，江苏丰县221700)

在电路分析时，经常会遇到保护电路的问题，虽然只增添了几个元器件，却能使电路安全稳定地工作.谁在为电路保驾护航？一个完整的电路保护要考虑过流、过压、过热三个方面，由于初中学生所学知识的限制，本文仅从过流方面进行探讨，以期培养学生保护电路的意识.过流保护电路是电路中不可缺少的重要组成部分，根据其保护方式的不同可分为断开方式和限流方式.

1断开式

断开式是采用在电路中加入熔断器、漏电保护器等方式，当电路中电流过大时熔断器熔断，当电路中电流异常时漏电保护器自动断开，从而达到保护电路的作用.

例1(2013年盐城)家用漏电保护器是在用电器发生漏电故障或人体触电时实施保护的设备，家庭电路漏电时，通过火线与零线的电流不相等，漏电保护器中有一特殊装置(在图中虚线框内，未画出)检测到这一差异后，便切断电源，起到保护作用，漏电保护器中还有试验电路，由一只开关S与电阻R组成，闭合开关S就能模拟漏电情形，图1中试验电路的连接符合要求的是().

图1

图2

解析：由题意可知，漏电保护器的工作原理是当它检测到通过火线与零线的电流不相等，便切断电源，起到保护作用.如图2所示，定值电阻R与用电器并联接入电路中，流过火线A处的电流为用电器支路I2，流过零线B处的电流为两条支路电流之和I1+I2，造成通过火线与零线的电流不相等，所以C电路能就能模拟漏电情形，答案为C.

例2熔丝在电路中起保护作用，电流过大时，能自动切断电路．下表是一段熔丝的数据.

长度L横截面积S电阻R密度ρ比热容C熔点t5cm2mm20.2Ω11×103kg/m31.3×103J/(kg·℃)327℃

(1) 请计算当电路中电流达20A时，在0.5s内该熔丝温度将升高多少度？(设电阻的变化和散热不计)

(2) 铜的熔点为1083℃，试说明为什么不能用铜丝代替熔丝.

解析：(1)由题意可知，电流通过熔丝产生的电热全部转化为熔丝的内能，即Q=Q吸，

=28℃.

(2) 根据电流的热效应，当电流通过导体时有一部分电能将转化为内能.熔丝就是利用电流的热效应工作的，当通过熔丝的电流过大时，熔丝将会被烧断从而保护电路，其被烧断必须瞬时完成，否则起不到保护电路的作用.由焦耳定律Q=I2Rt可知，在电流和时间一定时，可通过增大熔丝的电阻R产生更多的内能，或选择熔点较低的材料制作熔丝，达到瞬间熔断的目的.综合考虑，熔丝的材料应选择电阻率大、熔点低的材料制作，一般选择铅锑合金丝材料.而铜的熔点为1083℃，比较高，所以不能用铜丝代替熔丝.

2限流式

每个元器件都有允许通过的最大电流，当电流超过允许的最大电流时会造成该元器件损坏，所以要限制电路中的电流大小.限流式通常采用在电路中串联一个电阻，起到限制电路中电流过大的作用.

图3

例3(2014年南京)在综合实践活动课上，小明设计了如图3所示的模拟调光灯电路，此电路中电源电压不变，灯泡L标有“6V3W”字样，定值电阻R1的阻值为6Ω，将滑动变阻器R2的滑片P置于最右端，闭合开关，电压表和电流表示数分别为6V和0.3A；移动滑片P至某一位置，电压表和电流表示数分别为1V和0.5A．

(1) 灯泡L正常发光时的电阻多大？

(2) 滑动变阻器R2的滑片P在最右端时，闭合开关，灯泡L的实际功率多大？

(3) 为使灯泡安全工作，R2的滑片能自由滑动，且滑片P滑到某一端时灯泡能正常发光，应采取怎样的保护措施？请具体说明．

解析：Ω.

例4如图4所示是一种自动测定油箱内油面高度的装置．(1) 图中虚线框内的装置相当于简单机械中的________；(2) 图4中R是电学中的什么元件？(3) 油量表是用________(电流表/电压表)改装的；(4) 当油箱中的浮标向上运动时，R的电阻值将________，此时电路中的电流将________.(选填“增大”或“减小”)．(5) R′在电路中所起的作用是________.

图4

解析：(1) 图中虚线框内的装置相当于简单机械中的杠杆.

(2) 图4中R是电学中的滑动变阻器.

(3) 油量表串联在电路中，所以油量表是用电流表改装的.

(4) 当液面上升时，导致浮标的上浮，从而使滑动变阻器R的电阻值减小，电路中的电流将增大.

(5) 当液面上升到最高处时，滑动变阻器的阻值为零，若不接保护电阻R′，此时电路将发生短路，油量表将会被烧坏.由此可见，R′在电路中所起的作用是保护电路.

综上分析可知，保护电路的相关问题注重考查学生对物理规律的理解，教师要在课堂教学中注意渗透保护电路的安全意识，让安全常记心间.