新教材同步系列2024春高中物理第4章閉合電路第5節(jié)家庭電路與安全用電教師用書粵教版必修第三冊

第五節(jié)家庭電路與安全用電學習任務(wù)1．知道常見的家用電器、總空氣開關(guān)和電能表，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。2．理解總空氣開關(guān)和電能表在電路中的作用，能根據(jù)實際用電功率選擇合適的電能表等，學會科學用電。3．能體會科技發(fā)展對人類生活和社會發(fā)展的影響，能將安全用電和節(jié)約用電的知識應(yīng)用于生活實際，知道保護環(huán)境、科學用電的重要意義。知識點一家庭用電1．家用電器(1)簡稱家電，包括電視機、空調(diào)機、電冰箱、洗衣機、錄像機、音響系統(tǒng)、微波爐、電磁爐、電熱水壺、電飯煲、電風扇、電暖器等。(2)家電的總體發(fā)展趨勢是逐步實現(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。控制部分用于控制家電的運轉(zhuǎn)，工作部分是實現(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、總開關(guān)、保險設(shè)備、插座、導線、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。電能表用來測量用戶在一定時間內(nèi)消耗的電能。4．總空氣開關(guān)空氣開關(guān)又叫空氣斷路器，是一種只要電路中電流超過額定電流就會自動斷開的裝置。總空氣開關(guān)安裝在電能表之后，專線空氣開關(guān)之前。5．插座在家庭電路中插座是為了給可移動電器供電，分為固定插座和可移動插座，又可分為兩孔插座和三孔插座，三孔插座的兩個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，會把用電器的金屬外殼和大地連接起來。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|電保護器，都對用電安全有重大作用，因而電路中必須安裝。知識點二安全用電和節(jié)約用電1．安全用電(1)電能表和供電導線應(yīng)與所用的家電匹配。(2)為安全起見，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(1)節(jié)約用電家用電器的選擇要根據(jù)家庭人口和實際需要，不要盲目地追求大型化；應(yīng)該參考能效標識，選擇高能效節(jié)能產(chǎn)品，減少能源消耗和對環(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)成良好習慣，例如電器停止使用時要及時切斷電源等。(2)環(huán)境保護科學地回收和循環(huán)利用被淘汰的家電，既可以減少環(huán)境污染，又能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。1．思考辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)觸電保護器可檢測到觸電或漏電。 (√)(2)選擇熔絲時，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。 (×)(3)在選擇電線時，應(yīng)該使電線的安全電流稍大于最大正常工作電流。 (√)2．填空小明家的限電器允許通過的最大電流是10A，他家有2個標有“220V40W”的日光燈，4只標有“220V15W”的燈泡，1個標有“220V1000W”的熱水器，1臺合計起來有160W的電腦，1臺制冷時耗電為140W的電冰箱，1臺耗電為80W的電視機，1臺標有“220V1200W”的空調(diào)。由此可知：小明家的這些用電器不可以(選填“可以”或“不可以”)同時使用。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。金屬外殼導電，有時由于漏電，使金屬外殼上帶電，很容易傷人，用三孔插座可以接地線，把漏的電導走，更安全。家庭電路組成1．一般組成框圖2．進戶線(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：在家庭電路中直接與大地相通的導線，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．電功的國際單位是焦耳(J)，焦耳這個單位太小，通常用較大的單位千瓦時(kW·h)，1kW·h＝3.6×106J。千瓦時俗稱度?！镜淅?】家庭電路中的保險絲熔斷了，以下原因中不可能的是()A．使用的用電器總功率過大B．拉線開關(guān)中兩根導線的線頭相碰C．保險絲的規(guī)格不符合規(guī)定的要求D．插座中的兩根導線的線頭相碰思路點撥：(1)保險絲熔斷是電流太大。(2)拉線開關(guān)中兩根導線的線頭相碰，開關(guān)不起作用。B[選項A中過載可以引起保險絲熔斷，A錯誤；選項D中插座中兩根導線的線頭相碰，發(fā)生短路，也會使保險絲熔斷，D錯誤；選項C中保險絲額定電流太小也可能使保險絲熔斷，C錯誤；選項B中拉線開關(guān)線頭相碰，開關(guān)不起作用，不會使保險絲熔斷，B正確。][跟進訓練]1．關(guān)于家庭電路，下列說法正確的是()A．家庭電路采用的是電壓為220V的交流電B．洗衣機、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，若再打開電視，則電路中的總電流變小D．可以用銅絲代替保險絲，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錯誤；銅絲不斷電則無法起到保護電路的作用，故D錯誤。]安全用電及節(jié)約用電1．家庭安全用電必須注意以下幾點(1)高度重視，謹防觸電：接觸、搬運電器時頭腦中要時刻想著避免觸電，不能大意，要定期檢查用電器的插頭，大功率用電器的插頭極易因過熱而損壞，更要注意。(2)避免短路：短路時電路中的電流非常大，輕則電源、電線燒毀，重則發(fā)生火災(zāi)，釀成大禍。從插座拔出插頭時要手握插頭，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等更要接地。(4)不要在同一插座上同時使用多個大功率的用電器，以免流過插座的電流太大，容易引起火災(zāi)。(5)不要讓紙張等易燃物過分靠近電燈、電飯鍋、電爐等。2．節(jié)約用電(1)養(yǎng)成良好的用電習慣，記住隨手關(guān)閉不使用的用電器。(2)節(jié)約用電，堅持可持續(xù)發(fā)展。3．常見故障處理(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，絕對不能換用比原來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、導線斷裂等。在確認電源沒有停電的情況下，可以使用測電筆逐段排查斷路點。使用測電筆時要注意安全，手絕對不能接觸筆尖的金屬部分。(3)漏電故障的處理：仔細檢查燈座、吊線盒、開關(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越高，安全用電是一個十分突出的問題。下表提供了一組人的部分人體電阻平均值數(shù)據(jù)：測量項目完全干燥時出汗或潮濕時電阻電流(加220V)電阻電流(加220V)手與手之間200kΩ1.1×10-3A5kΩ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，電阻大約是潮濕時電阻的________倍。(2)在空格中填入對人體加220V電壓后的電流值。(3)若對人的安全電流是20mA以下，上述哪幾項是十分危險的____________________。(4)電路上有規(guī)格為10A的熔絲(俗稱保險絲)，如圖所示，用電器R的功率是1500W，這時通過熔絲的實際電流是多少？人體出汗或潮濕時，手腳觸電，為什么熔絲不會斷？思路點撥：(1)在表格中查出對應(yīng)的電阻數(shù)值，可算出倍數(shù)。(2)由歐姆定律I＝UR[解析](1)n1＝200kΩ5kΩ＝40，n2＝300kΩ8kΩ≈38，n(2)潮濕時電流分別為：I1＝220V5kΩ＝44mA，I2＝220V8kΩ＝27.5mA(3)由上述計算知，潮濕時導電電流都大于20mA，所以上述各種情況均有危險。(4)通過用電器R的電流IR＝PRU＝1500W220V≈6.8A，人的手腳觸電時通過人體的電流I2＝27.5mA＝0.0275A，通過熔絲的總電流為I＝I[答案](1)38～80(2)44mA27.5mA22mA(3)潮濕時各種情況均有危險(4)見解析[跟進訓練]2．如圖甲所示為某家庭使用的智能電飯煲，其銘牌如圖乙所示。假定該家庭用此電飯煲每天煮飯兩次，每次在額定功率下工作30min，電價1kW·h為0.54元。則該電飯煲()A．工作時的額定電流為0.41AB．保溫時的電流為0.2AC．每次煮飯需消耗電能4.5kW·hD．一年因煮飯而產(chǎn)生的電費約為177元D[由題圖可知，額定電流I＝PU＝900W220V≈4.1A，選項A錯誤；保溫時電流I′＝P'U＝30W220V≈0.14A，選項B錯誤；每次煮飯消耗電能W1＝900×10-3kW×12h＝0.45kW·h，選項C1．故障1，在臺燈開關(guān)斷開的情況下，把臺燈插頭插入插座時，室內(nèi)其他電燈全部熄滅，保險絲熔斷；故障2，有時是在臺燈插頭插入插座后，閉合臺燈開關(guān)，室內(nèi)其他電燈熄滅，保險絲熔斷。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[家庭電路中的保險絲熔斷，是由于電路中的電流過大引起。而產(chǎn)生電流過大的原因有兩個：一是用電器總功率過大，二是發(fā)生短路。由生活常識可知臺燈的功率一般較小，所以造成保險絲熔斷的原因不會是臺燈的功率過大。由臺燈插頭未插入插座時，室內(nèi)電燈正常發(fā)光可知插座處沒有短路。在臺燈開關(guān)斷開的情況下，把臺燈插頭插入插座時，室內(nèi)其他燈全部熄滅，保險絲熔斷，這是由于插頭短路引起；在臺燈插頭插入插座后，閉合開關(guān)室內(nèi)其他燈熄滅，保險絲熔斷，這是由于燈泡短路造成。由以上分析可判定選項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項中負載過大可能燒壞接線插板，引起短路，甚至引起火災(zāi)，故A錯誤；B項中發(fā)生火災(zāi)后，若不先切斷電源就用水澆滅電火，火會滅，但此時人若接觸到水，就會觸電，發(fā)生更大的危險，即使是使用泡沫滅火器，也要先斷電，因為泡沫也導電，所以遇到火災(zāi)時，先切斷電源是正確的做法，故B正確；C項中如果用鋼絲代替熔斷絲，當電路短路或者用電量增大了，不容易熔斷，會造成火災(zāi)隱患，故C錯誤；D項中用手抓電線拔出插頭，容易把插頭里面的線扯壞，有時會把絕緣層弄壞致使觸電，故D錯誤。]3．某同學為測量家里一盞燈的實際功率，他只開亮這一盞燈，觀察電度表轉(zhuǎn)盤在3min內(nèi)轉(zhuǎn)了9轉(zhuǎn)，若每千瓦時該表轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)，則這只燈泡的實際功率為________。[解析]消耗的電能W＝93000×3.6×106J＝1.08×104燈泡的實際功率P＝Wt＝1.08×[答案]60W4．(新情境題，以“電能表”為背景，考查電功率、電能)當李老師最后離開計算機機房要去關(guān)閉總電閘時，發(fā)現(xiàn)電能表(如圖所示)的轉(zhuǎn)盤仍在緩慢地轉(zhuǎn)動。他用手表粗略地估測了一下。1min轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動了5r。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，原來機房內(nèi)還有20臺電腦顯示器處于待機狀態(tài)。請你估算1臺電腦顯示器的待機功率約為多大？就此問題聯(lián)系實際談?wù)勗谌粘Ｉ钪腥绾喂?jié)約用電？[解析]20臺電腦顯示器消耗的電能W＝53000×3.6×106J＝6×1031臺電腦顯示器消耗的電能W′＝W20＝1臺電腦顯示器的待機功率P＝W't＝節(jié)約用電要從小事做起，如平時不使用電視時，最好要關(guān)閉電源，不要使其處于待機狀態(tài)。[答案]見解析回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：1．試寫出空氣開關(guān)的作用。[提示]空氣開關(guān)也叫空氣斷路器，只要電路中電流超過額定電流，它就會自動斷開。2．用電時發(fā)生火災(zāi)主要是什么原因造成的？[提示]短路和過載。3．為什么要節(jié)約用電？[提示]減少能源消耗，還可以減少環(huán)境污染。課時分層作業(yè)(十四)家庭電路與安全用電題組一家庭電路組成1．如圖所示，一盞電燈接在家庭電路中，當開關(guān)S閉合時，電燈不亮，用測電筆分別接觸A、B、C、D時，發(fā)現(xiàn)A、B、C三點處測電筆的氖管發(fā)光，D點處測電筆的氖管不發(fā)光，則電路中的故障原因是()A．開關(guān)S接觸不良B．燈泡的燈絲斷了C．導線CD間有斷路D．無法確定C[A、B、C三點發(fā)光，即三點和火線是連通的，斷路處是在C、D之間，C正確。]2．下列插座中最適合有兒童的家庭使用的是()ABCDB[家用電壓為220V，不是安全電壓，選項A、C、D均沒有包住銅導線，不夠安全，故選項B正確。]3．從安全用電的角度出發(fā)，下列做法存在安全隱患的有()A．用電器金屬外殼應(yīng)該接地線B．不要在同一插座上同時使用幾個大功率用電器C．要定期檢查用電器插頭，特別是大功率用電器插頭D．洗衣機、洗碗機等易潮濕用電器不用接地線D[有電動機的家用電器、在潮濕環(huán)境中使用的電器、具有金屬外殼的電器和其他規(guī)定使用接地的家用電器必須做好接地保護，否則外殼容易帶電。多個電器接在同一插座上，當同時開啟這些電器時，會造成瞬間電流很大，電壓下降，影響電器正常工作，甚至因插座連接線超負荷而發(fā)熱引起火災(zāi)。用電器插頭如果破損，人體接觸到破損部位容易造成觸電事故，破損處容易造成短路事故，故D正確。]題組二安全用電及節(jié)約用電4．某同學自己在家看電視，突然發(fā)現(xiàn)電視機冒了煙，他采取的措施正確的是()A．馬上跑到外面去喊人B．立即斷開電源，遠離電視機，同時打開門窗C．繼續(xù)觀察，看發(fā)生什么后果D．心里害怕，自己走開了也不知怎么辦才好B[觸電和用電設(shè)備發(fā)生故障時，首先是切斷電源，避免由此引起的火災(zāi)，嚴禁用水撲滅。繼續(xù)觀察和外出喊人都會造成事故向更壞的方向發(fā)展，故B正確。]5．(多選)電熱水器金屬內(nèi)膽出水口加接一段曲長管道，在電熱水器漏電且接地線失效時，能形成“防電墻”，保障人的安全。如圖所示，當熱水器漏電且接地線失效時，其金屬內(nèi)膽與大地間電壓為220V，由于曲長管道中水具有電阻(簡稱“隔電電阻”)，因而人體兩端的電壓不高于12V，下列說法正確的是()A．曲長管道應(yīng)選用不易導電的材料制成B．曲長管道應(yīng)選用導電性能好的材料制成C．“隔電電阻”大于“人體電阻”，且兩者串聯(lián)D．熱水器漏電且接地線失效時，“防電墻”使人體內(nèi)無電流通過AC[曲長管道應(yīng)選用不易導電的材料制成，否則管道和管道中水的總電阻會大大減小，人體會不安全，A正確，B錯誤；由題圖可知，曲長管道中水的電阻與人體電阻串聯(lián)，由串聯(lián)電路電壓與電阻成正比可知，“隔電電阻”大于“人體電阻”，C正確；熱水器漏電且接地線失效時，人體中有電流，但是較小，D錯誤。]6．為了降低碳排放，應(yīng)當大力開發(fā)和利用下列能源中的()A．石油 B．太陽能C．天然氣 D．煤B[要減小碳排放量，就必須大力開發(fā)非化石能源，即不含碳元素的能源，石油、天然氣和煤都含有碳元素，而太陽能是一種無污染的能源，應(yīng)大力推廣，B正確。]7．(多選)模擬煤氣管道是否漏氣通常使用氣敏電阻傳感器(如圖甲所示)。某氣敏電阻的阻值隨空氣中煤氣濃度的增大而減小，某同學用該氣敏電阻R1設(shè)計了如圖乙所示的電路，R為滑動變阻器，a、b間接報警裝置。當a、b間電壓高于某臨界值時，裝置將發(fā)出警報。則()A．煤氣濃度越高，a、b間電壓越高B．煤氣濃度越高，流過R1的電流越小C．煤氣濃度越低，電源的功率越大D．調(diào)整滑動變阻器R的阻值會影響報警裝置的靈敏度AD[煤氣濃度越高氣敏電阻R1阻值越小，電路總電阻越小，由閉合電路歐姆定律可知，電路電流I越大，則流過R1的電流越大，變阻器兩端電壓U＝IR越大，即a、b間電壓越高，故A正確，B錯誤；煤氣濃度越低，氣敏電阻R1越大，電路總電阻越大，電路電流I越小，電源功率P＝EI越小，故C錯誤；調(diào)整滑動變阻器R的阻值會改變a、b間的電壓，從而影響報警器的靈敏度，故D正確。]8．如圖所示是一種太陽能草坪節(jié)能燈，太陽能電池板供一個“10V9W”的電子節(jié)能燈工作，若太陽能電池板接收太陽能的有效面積為0.3m2，平均1小時得到的太陽輻射能為4×105J，太陽光平均一天按8小時計算，恰好可以供電子節(jié)能燈工作10小時。問：((1)太陽能節(jié)能燈的能量轉(zhuǎn)化情況；(2)太陽能電池板單位面積上接收太陽能的功率大約是多少？(3)太陽能節(jié)能燈利用太陽能的效率大約是多少？[解析](1)能量轉(zhuǎn)化：太陽能→電能→光能(熱能)。(2)太陽能電池板單位面積上接收太陽能的功率P＝4×1050(3)節(jié)能燈利用太陽能的效率η＝9×10×36004[答案](1)見解析(2)370W(3)10%9．某市有20萬臺空調(diào)機，每臺空調(diào)機在夏季平均使用60天，每天耗電8kW·h。為了節(jié)約能源，如果建議大家都把室內(nèi)設(shè)定溫度提高1℃，這樣每臺空調(diào)機每天可節(jié)省6%的電能。那么這樣做能使該市在夏季節(jié)省多少電能？已知標準燒煤的熱值是2.92×107J/kg，發(fā)電廠的發(fā)電效率是30%。請計算一下：這項節(jié)能建議的實現(xiàn)能為我們后輩留下多少噸標準煤？[解析]設(shè)可節(jié)省的電能為E，則E＝8×6%×60×20×104kW·h＝5.76×106kW·h≈2.1×1013J，設(shè)可為后輩留下標準煤質(zhì)量為m，則由能量守恒定律有2.92×107J/kg×m×30%＝E，解得m≈2.4×106kg＝2.4×103t。[答案]2.1×1013J2.4×103t10．家電待機耗電問題常常被市民所忽視。據(jù)有關(guān)部門測量，電視機待機一天的耗電量在0.2度左右。據(jù)統(tǒng)計某市的常住人口900多萬人，以家庭300萬戶，用電器平均每天待機20小時計，參考表中數(shù)據(jù)。家庭常用電器電視機洗衣機空調(diào)電腦戶均數(shù)量(臺)1121電器待機功耗(W/臺)102310試估算每年該市家庭用電器待機耗電總量約為多少？(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)[解析]一戶人家家電待機總功率為P＝10W＋2W＋2×3W＋10W＝28W，一戶人家因待機一天消耗的電能為E0＝28×20×3600J＝2.016×106J，則每年該市家庭用電器待機耗電總量為E＝300×104×365×E0，代入數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為度為單位可得E＝6.132×108度，故每年該市家庭用電器待機耗電總量約為6×108度。[答案]6×108度11．某家庭要安裝一套家庭供熱水系統(tǒng)。所選用電熱水器的技術(shù)參數(shù)中標有：“加熱功率/電壓3800W/220V”。若需要為電熱水器安裝一個熔斷器，參考下列數(shù)據(jù)并通過計算說明，應(yīng)該選擇多大直徑的熔絲？常用鉛錫合金熔絲的技術(shù)數(shù)據(jù)(鉛95%，錫5%)額定電流I/A22.63.34.8711151822直徑d/mm0.5080.610.710.9151.221.632.032.342.65[解析]P＝3800W，U＝220VI＝PU＝3800查表可得，應(yīng)選用直徑為2.34mm、額定電流為18A的熔絲。[答案]2.34mm12．據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，汽車尾氣排放造成的空氣污染目前已占整個污染源的一半以上。在這種情況下，