第4章　第5節(jié)　家庭電路與安全用電-高中物理 必修第3冊(cè)(配粵教版)

第五節(jié)家庭電路與安全用電[核心素養(yǎng)·明目標(biāo)]核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)物理觀念知道總空氣開(kāi)關(guān)和電能表，并了解其工作原理。知道家庭電路的組成，能解釋相關(guān)的現(xiàn)象科學(xué)思維理解總空氣開(kāi)關(guān)和電能表在電路中的作用，能根據(jù)實(shí)際用電功率選擇熔絲或低壓斷路器，學(xué)會(huì)科學(xué)用電科學(xué)探究通過(guò)對(duì)安全用電的探究，知道電路安全的知識(shí)及會(huì)正確選擇，學(xué)會(huì)與他人合作，提高科學(xué)探究能力科學(xué)態(tài)度與責(zé)任能體會(huì)科技發(fā)展對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響，能將安全用電和節(jié)約用電的知識(shí)應(yīng)用于生活實(shí)際，知道保護(hù)環(huán)境科學(xué)用電的重要意義知識(shí)點(diǎn)一家庭用電1．家用電器(1)簡(jiǎn)稱家電，包括電視機(jī)、空調(diào)機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、錄像機(jī)、音響系統(tǒng)、微波爐、電磁爐、電熱水壺、電飯煲、電風(fēng)扇、電暖器等。(2)家電的總體發(fā)展趨勢(shì)是逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。(3)家電一般包含控制部分、工作部分和安全部分?？刂撇糠钟糜诳刂萍译姷倪\(yùn)轉(zhuǎn)，工作部分是實(shí)現(xiàn)家電功能的核心，安全部分則用于防止各種原因損害家電或者造成事故。2．家庭電路的組成：一般由供電線路、電能表、總開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)設(shè)備、插座、導(dǎo)線、用電器等組成，如圖所示：家庭電路示意圖3．電能表供電線路在接其他元件之前，首先接在電能表上。電能表用來(lái)測(cè)量用戶在一定時(shí)間內(nèi)消耗的電能。4．總空氣開(kāi)關(guān)空氣開(kāi)關(guān)又叫空氣斷路器，是一種只要電路中電流超過(guò)額定電流就會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)的裝置?？偪諝忾_(kāi)關(guān)安裝在電能表之后，專線空氣開(kāi)關(guān)之前。5．插座在家庭電路中插座是為了給可移動(dòng)電器供電，分為固定插座和可移動(dòng)插座，又可分為兩孔插座和三孔插座，三孔插座的兩個(gè)孔分別接火線和零線，另一孔是接地的，這樣在把三腳插頭插入時(shí)，會(huì)把用電器的金屬外殼和大地連接起來(lái)。6．用電器各用電器之間并聯(lián)連接，使各用電器兩端的電壓均為220V，用電器的控制開(kāi)關(guān)要接在火線上，不允許接在零線上，大功率家電需要用專線連接?？諝鈹嗦菲骷坝|電保護(hù)器，都對(duì)用電安全有重大作用，因而電路中必須安裝。1：思考辨析(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)用電器的電功率越大，電流做功越多。 (×)(2)功率是1kW的空調(diào)正常工作一小時(shí)所消耗的電能是1J。 (×)(3)觸電保護(hù)器可檢測(cè)到觸電或漏電。 (√)知識(shí)點(diǎn)二安全用電和節(jié)約用電1．安全用電(1)電能表和供電導(dǎo)線應(yīng)與所用的家電匹配。(2)為安全起見(jiàn)，最好使用固定插座。(3)電源插頭應(yīng)該與插座匹配。(4)使用三腳插頭的電器比兩腳插頭的電器更安全。2．節(jié)約用電與環(huán)境保護(hù)(1)節(jié)約用電家用電器的選擇要根據(jù)家庭人口和實(shí)際需要，不要盲目地追求大型化；應(yīng)該參考能效標(biāo)識(shí)，選擇高能效節(jié)能產(chǎn)品，減少能源消耗和對(duì)環(huán)境的污染；合理配置照明電器，盡量選用發(fā)光效率高的節(jié)能光源。家電的使用應(yīng)符合節(jié)約用電的原則，養(yǎng)成良好習(xí)慣，例如電器停止使用時(shí)要及時(shí)切斷電源等。(2)環(huán)境保護(hù)科學(xué)地回收和循環(huán)利用淘汰的家電，既可以減少環(huán)境污染，又能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。由于能源消耗使可利用的能源減少，所以要節(jié)約用電。2：思考辨析(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)選擇熔絲時(shí)，應(yīng)該使它的額定電流等于或稍小于電路的最大正常工作電流。 (×)(2)在選擇電線時(shí)，應(yīng)該使電線的安全電流稍大于最大正常工作電流。 (√)3：填空小明家的限電器允許通過(guò)的最大電流是10A，他家有2個(gè)標(biāo)有“220V40W”的日光燈，4只標(biāo)有“220V15W”的燈泡，1個(gè)標(biāo)有“220V1000W”的熱水器，1臺(tái)合計(jì)起來(lái)有160W的電腦，1臺(tái)制冷時(shí)耗電為140W的電冰箱，1臺(tái)耗電為80W的電視機(jī)，1臺(tái)標(biāo)有“220V1200W”的空調(diào)。請(qǐng)問(wèn)：小明家的這些用電器不可以(選填“可以”或“不可以”)同時(shí)使用?？键c(diǎn)1家庭電路組成如圖為常用的插座，上面為兩孔插座，下面為三孔插座。試探究：什么情況下要求用三孔插座？提示：三孔插座一般是用于金屬外殼的用電器，比如冰箱等。金屬外殼導(dǎo)電，有時(shí)由于漏電，使金屬外殼上帶電、很容易傷人，用三孔插座可以接地線，把漏的電導(dǎo)走，更安全。1．一般組成框圖2．進(jìn)戶線①火線：火線跟零線間的電壓是220V。②零線：零線是與大地相連的，正常情況下零線跟大地之間的電壓是0V。③地線：在家庭里直接與大地相通的導(dǎo)線，這是為了安全另外加接的?；鹁€與地線之間的電壓是220V，零線與地線之間的電壓是0V。3．電功的國(guó)際單位是焦耳(J)，焦耳這個(gè)單位太小，通常用較大的單位千瓦時(shí)(kW·h)，1kW·h＝3.6×106J。千瓦時(shí)俗稱度?！镜淅?】家庭電路中的保險(xiǎn)絲熔斷了，以下原因中不可能的是()A．使用的用電器總功率過(guò)大B．拉線開(kāi)關(guān)中兩根導(dǎo)線的線頭相碰C．保險(xiǎn)絲的規(guī)格不符合規(guī)定的要求D．插座中的兩根導(dǎo)線的線頭相碰思路點(diǎn)撥：(1)保險(xiǎn)絲熔斷是電流太大。(2)拉線開(kāi)關(guān)中兩根導(dǎo)線的線頭相碰，開(kāi)關(guān)不起作用。B[選項(xiàng)A過(guò)載可以引起保險(xiǎn)絲熔斷，A錯(cuò)誤；選項(xiàng)D插座中兩根導(dǎo)線的線頭相碰，發(fā)生短路，也會(huì)使保險(xiǎn)絲熔斷，D錯(cuò)誤；選項(xiàng)C保險(xiǎn)絲額定電流太小也可能使保險(xiǎn)絲熔斷，C錯(cuò)誤；選項(xiàng)B中拉線開(kāi)關(guān)線頭相碰火線接通，不會(huì)使保險(xiǎn)絲熔斷，B正確。][跟進(jìn)訓(xùn)練]1．關(guān)于家庭電路，下列說(shuō)法正確的是()A．家庭電路采用的是電壓為220V的交流電B．洗衣機(jī)、電冰箱等家用電器都使用三孔插座，是為了節(jié)約用電C．在家庭電路中，已有兩盞燈正常發(fā)光，若再打開(kāi)電視，則電路中的總電流變小D．可以用銅絲代替保險(xiǎn)絲，這樣可以防止斷電A[家用電路采用的是電壓為220V的交流電，故A正確；使用三孔插座，是為了防止因漏電而發(fā)生觸電事故，故B錯(cuò)誤；在家庭電路中，并聯(lián)的用電器越多，總電阻越小，家庭電路的電壓220V不變，則電路中的總電流變大，故C錯(cuò)誤；銅絲不斷電則無(wú)法起到保護(hù)電路的作用，故D錯(cuò)誤。]考點(diǎn)2安全用電及節(jié)約用電電路斷路與短路有什么區(qū)別？為什么要防止短路？提示：斷路是電路斷開(kāi)沒(méi)有電流。短路是火線與零線直接相連，會(huì)有很大電流，易發(fā)生火災(zāi)等災(zāi)害。1．家庭安全用電必須注意以下幾點(diǎn)(1)高度重視，謹(jǐn)防觸電：接觸、搬運(yùn)電器時(shí)要時(shí)刻警惕避免觸電，要定期檢查用電器的插頭，大功率用電器的插頭極易因過(guò)熱而損壞。(2)避免短路：短路時(shí)電路中的電流非常大，輕則燒毀電源、電線，重則發(fā)生火災(zāi)，釀成大禍。從插座拔出插頭時(shí)要手握插頭，切勿用力拉扯電線，以免電線絕緣皮破損或插座接頭脫落，形成短路。(3)電器金屬外殼應(yīng)該接地線，容易潮濕的電器如洗衣機(jī)等更要接地。(4)不要在同一插座上同時(shí)使用多個(gè)大功率的用電器，以免流過(guò)插座的電流太大，引起火災(zāi)。(5)不要讓紙張等易燃物過(guò)分靠近電燈、電飯鍋、電爐等。2．節(jié)約用電(1)養(yǎng)成良好的用電習(xí)慣，記住隨手關(guān)閉不使用的用電器。(2)節(jié)約用電，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展。3．常見(jiàn)故障處理(1)短路故障的處理：查明短路原因并排除故障后換上同樣的熔絲，絕對(duì)不能換用比原來(lái)粗的熔絲或者其他材料的金屬絲。(2)斷路故障的處理：一般情況是接線螺絲松脫、電線接頭處接觸不良、導(dǎo)線斷裂等。在確認(rèn)電源沒(méi)有停電的情況下，可以使用測(cè)電筆逐段排查斷路點(diǎn)。使用測(cè)電筆時(shí)要注意安全，手絕對(duì)不能接觸筆尖的金屬部分。(3)漏電故障的處理：仔細(xì)檢查燈座、吊線盒、開(kāi)關(guān)、插座等容易漏電處，再檢查電線連接處、電線穿墻處、電線轉(zhuǎn)彎處等電線絕緣層容易受損的部位。【典例2】現(xiàn)代家庭電器化程度越來(lái)越高，安全用電是一個(gè)十分突出的問(wèn)題。下表提供了一組人的部分人體電阻平均值數(shù)據(jù)：測(cè)量項(xiàng)目完全干燥時(shí)出汗或潮濕時(shí)電阻/kΩ電流/A(加220V)電阻/kΩ電流/A(加220V)手與手之間2001.1×10－35kΩ手與腳之間300kΩ7.3×10－4A8kΩ手與塑料鞋底之間800kΩ2.8×10－4A10kΩ(1)從表中可看出干燥時(shí)，電阻大約是潮濕時(shí)電阻的________倍。(2)在空格中填入對(duì)人體加220V電壓后的電流值。(3)若對(duì)人的安全電流是20mA以下，上述哪幾項(xiàng)是十分危險(xiǎn)的________。(4)電路上有規(guī)格為10A的熔絲(俗稱保險(xiǎn)絲)，如圖所示，用電器R的功率是1500W，這時(shí)通過(guò)熔絲的實(shí)際電流是多少？人體出汗或潮濕時(shí)，手腳觸電，為什么熔絲不會(huì)斷？思路點(diǎn)撥：(1)在表格中查出對(duì)應(yīng)的電阻數(shù)值，可算出倍數(shù)。(2)由歐姆定律I＝eq\f(U,R)可求出電流。[解析](1)n1＝eq\f(200kΩ,5kΩ)＝40，n2＝eq\f(300kΩ,8kΩ)≈38，n3＝eq\f(800kΩ,10kΩ)＝80。所以干燥時(shí)電阻大約是潮濕時(shí)電阻的38～80倍。(2)潮濕時(shí)電流分別為：I1＝eq\f(220V,5kΩ)＝44mA，I2＝eq\f(220V,8kΩ)＝27.5mA，I3＝eq\f(220V,10kΩ)＝22mA。(3)由上述計(jì)算知，潮濕時(shí)導(dǎo)電電流都大于20mA，所以上述各種情況均有危險(xiǎn)。(4)通過(guò)用電器R的電流IR＝eq\f(PR,U)＝eq\f(1500W,220V)≈6.8A，人的手腳觸電時(shí)通過(guò)人體的電流I2＝27.5mA＝0.0275A，通過(guò)熔絲的總電流為I＝IR＋I(xiàn)2＝6.8275A<10A，故熔絲不會(huì)熔斷。[答案](1)38～80(2)44mA27.5mA22mA(3)潮濕時(shí)各種情況均有危險(xiǎn)(4)見(jiàn)解析[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．小明家新購(gòu)微波爐一臺(tái)，銘牌如下表所示，他家為此鋪設(shè)了專用電線，此專用電線上應(yīng)該安裝額定電流為_(kāi)_____的熔絲。eq\x(\a\al(電源：220V50Hz,額定功率：800W500W800W,生產(chǎn)日期：2020.9.1))[解析]用電器的總功率為P＝(800＋500＋800)W＝2100W，由公式P＝UI得：I＝eq\f(P,U)＝eq\f(2100,220)A≈9.5A，即應(yīng)選10A的熔絲。[答案]10A1．故障1，在臺(tái)燈開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的情況下，把臺(tái)燈插頭插入插座時(shí)，室內(nèi)其他電燈全部熄滅，保險(xiǎn)絲熔斷；故障2，在臺(tái)燈插頭插入插座后，閉合臺(tái)燈開(kāi)關(guān)，室內(nèi)其他電燈熄滅，保險(xiǎn)絲熔斷。引起這兩種故障的最大可能是()A．前者是插座短路，后者是燈泡短路B．前者是插頭短路，后者是燈泡短路C．兩者都是插座短路D．兩者都是插頭短路B[家庭電路中的保險(xiǎn)絲熔斷，是由于電路中的電流過(guò)大引起。而產(chǎn)生電流過(guò)大的原因有兩個(gè)：一是用電器總功率過(guò)大，二是發(fā)生短路。由生活常識(shí)可知臺(tái)燈的功率一般較小，所以造成保險(xiǎn)絲熔斷的原因不會(huì)是因臺(tái)燈的功率過(guò)大。由臺(tái)燈插頭未插入插座時(shí)，室內(nèi)電燈正常發(fā)光可知插座處沒(méi)有短路。在臺(tái)燈開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的情況下，把臺(tái)燈插頭插入插座時(shí)，室內(nèi)其他燈全部熄滅，保險(xiǎn)絲熔斷，這是由于插頭短路引起；在臺(tái)燈插頭插入插座后，閉合開(kāi)關(guān)室內(nèi)其他燈熄滅，保險(xiǎn)絲熔斷，這是由于燈泡短路造成。由以上分析可判定選項(xiàng)B正確。]2．在家庭安全用電中，下列做法正確的是()A．使接線插板負(fù)載太大B．電器失火先斷電源C．用鋼絲代替熔斷絲D．手抓電線拔出插頭B[A項(xiàng)中負(fù)載過(guò)大可能燒壞接線插板，引起短路，甚至引起火災(zāi)，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)中，發(fā)生火災(zāi)后，若不先切斷電源就用水澆滅電火，火會(huì)滅，但此時(shí)人若接觸到水，就會(huì)觸電，發(fā)生更大的危險(xiǎn)，即使是使用泡沫滅火器，也要先斷電，因?yàn)榕菽矊?dǎo)電。所以遇到火災(zāi)時(shí)，先切斷電源是正確的做法，故B正確；C項(xiàng)中，如果用鋼絲代替熔斷絲，當(dāng)電路短路或者用電量增大了，不容易熔斷，會(huì)造成火災(zāi)隱患，故C錯(cuò)誤；用手抓電線拔出插頭，容易把插頭里面的線扯壞，有時(shí)會(huì)把絕緣層弄壞致使觸電，故D錯(cuò)誤。]3．某同學(xué)為測(cè)量家里一盞燈的實(shí)際功率，他只開(kāi)亮這一盞燈，觀察電度表轉(zhuǎn)盤(pán)在3min內(nèi)轉(zhuǎn)了9轉(zhuǎn)，若每千瓦時(shí)該表轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)，則這只燈泡的實(shí)際功率為_(kāi)_______。[解析]消耗的電能W＝eq\f(9,3000)×3.6×106J＝1.08×104J燈泡的實(shí)際功率P＝eq\f(W,t)＝eq\f(1.08×104,3×60)W＝60W。[答案]60W4．(新情境題，以“電能表”為背景，考查電功率、電能)當(dāng)李老師最后離開(kāi)計(jì)算機(jī)機(jī)房要去關(guān)閉總電閘時(shí)，發(fā)現(xiàn)電能表(如圖所示)的轉(zhuǎn)盤(pán)仍在緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)。他用手表粗略地估測(cè)了一下。1min轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)了5r。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，原來(lái)機(jī)房?jī)?nèi)還有20臺(tái)電腦顯示器處于待機(jī)狀態(tài)。請(qǐng)你估算1臺(tái)電腦顯示器的待機(jī)功率約為多大？并就此問(wèn)題聯(lián)系實(shí)際談?wù)勗谌粘Ｉ钪腥绾喂?jié)約用電？[解析]20臺(tái)電腦顯示器消耗的電能W＝eq\f(5,3000)×3.6×106J＝6×103