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解析限制型电路中考题

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为保证电流表、电压表、变阻器、灯泡等用电器不致因电流、电压值过大超过其量程和允许值而损坏,常需对其加以限制,这类电路被称为限制型电路,其类型有多种,这类题目能较好地考查学生的能力倍受关注,属中考常见题型,常见的有以下两种形式.

一、限元件型

限元件型又分为两种形式,一是单一元件限制型,常见于电路中近出现一只电流表或一只电压表,确定选用何种量程,或确定所选用电器是否符合题目要求的情况;二是多元件限制型,常见于电路中同时出现电流表、电压表或滑动变阻器的情况,由于多元件同时存在,需要彼此顾及,综合考虑,才能正确解题.

二、限电源型

限电源型又分为两类:一是求加在所求电路两端的最大电压,二是求通过电路的最大电流.应当注意,由于不同用电器允许通过的电流和电压大小各不相同,在串联电路中通过整个电路的最大电流就是用电器中电流最小的那一个;在并联电路中,加在整个电路中的最大电压就是用电器中电压最低的那一个.

请看几则中考实例:

例1(2011年安徽省)实验室有甲、乙两只灯泡,甲标有“15 V,1.0A”字样,乙标有“10 V,0.5 A”字样.现把它们串联起来,则该串联电路两端允许加的最高电压为(不考虑温度对灯泡电阻的影响( )

(A) 25 V (B) 35 V (C) 17.5 V (D) 12.5 V

解析:读题知,“1 A”是甲灯泡允许通过的最大电流,“0.5 A”是乙灯泡允许通过的最大电流,它们串联在同一电路中,允许通过整个电路的最大电流要以电流最小的0.5 A为准,则乙灯上的电压为10 V,由欧姆定律I=U/R求出甲灯的电阻为15 Ω,再由U=IR求得甲灯上的电压为7.5 V,则该串联电路两端允许加的最高电压为17.5 V,答案为(C).

图1例2(2011年广西柳州市)图1所示,电阻R1标着“10 Ω,1 A”,电阻R2标着“5 Ω,1.2 A”,电流表A1、A2的量程均为0~3 A,电压表量程为0~15 V,在a、b之间接入电压可调的电源.闭合开关S后,为保证R1、R2均不损坏,则允许加的电源电压和通过电流表A1的电流不得超过( )

(A) 16 V,1 A (B) 10 V,2.2 A

(C) 6 V,2.2 A (D) 6 V,1.8 A

解析:读题,电阻R1标着“10 Ω,1 A”,电阻R2标着“5 Ω,1.2 A”,由欧姆定律可知,R1两端所加最大电压为10 V,R2两端所加最大电压为6 V.闭合开关S后,电阻R1、R2并联在电源上,允许加在电源两端的最大电压要以电压最低的6 V为准.电流表A1测通过R1和R2的总电流,电流表A2测通过R2的电流,此时通过R2的电流I2=1.2 A,通过R1的电流I1=U/R1=6 V/10 Ω=0.6 A,总电流I=I1+I2=0.6 A+1.2 A=1.8 A,则通过电流表A1的电流不得超过1.8 A.答案为(D).

图2例3(2011年江苏省无锡市)小华用如图2所示的电路测小灯泡功率.电路中电源电压恒为4.5 V,电压表的量程为0~3 V,电流表的量程为0~0.6 A,滑动变阻器的规格为“20 Ω,1 A”,灯泡标有“2.5 V 1.25 W”字样.若闭合开关,两电表的示数均不超过所选量程,灯泡两端电压不允许超过额定值,不考虑灯丝电阻的变化,则下列说法正确的是( )

(A) 电流表示数的变化范围是0~0.5 A

(B) 滑动变阻器的电阻允许调节的范围是2.5~20 Ω

(C) 灯泡的最小功率是0.162 W

(D) 该电路的最大功率是2.7 W

解析:灯泡标有“2.5 V,1.25 W”字样,则额定电压UL=2.5 V,额定功率PL=1.25 W,额定电流IL=PL/UL=1.25 W/2.5 V=0.5 A,灯丝电阻RL=UL/IL=2.5 V/0.5 A=5 Ω.灯泡与滑动变阻器R串联,电流表示数最大为0.5 A;此时滑动变阻器连入电路的电阻为最小,由0.5 A=4.5 V/(5Ω+R1)得最小电阻R1=4 Ω;此时该电路的功率最大,最大功率为P大=U2/(RL+R1)=(4.5 V)2/(5 Ω+4 Ω)=2.25 W.

滑动变阻器滑片向右滑动,电路中电流变小,在最右端,全部连入电路,此时电路中最小电流I2=U/(RL+R)=4.5 V/(5 Ω+20 Ω)=0.18 A,电流表示数的变化范围是0.18~0.5 A;变阻器的电阻允许调节的范围是4~20 Ω;灯泡最小功率P小=I22RL=(0.18 A)2×5 Ω=0.162 W.由以上分析知本题答案为(C).