第4节 科学用电（导学案）物理鲁科版必修第三册

4. 科学用电导学案 物理观念 能理解家庭电路的组成（如进户线、电能表、断路器）及安全用电原则，深化 “电路运行需遵循电学规律” 的物理观念。 科学思维 能分析短路、过载等电路故障的成因及危害，推导漏电保护器、保险丝的工作逻辑，提升电路问题分析与安全风险判断能力。 科学探究 能参与 “排查家庭电路模拟故障” 或 “测量家用电器功率” 的探究活动，学会运用电学知识解决实际用电问题，提升实践探究能力。 科学态度 与责任 通过了解节约用电、安全用电对生活和社会的意义，树立 “规范用电、节约能源、防范风险” 的科学责任意识与社会责任感。 重点：理解家庭电路结构及安全用电、节约用电的原则。 难点：分析家庭电路故障成因并提出合理解决办法。 【知识回顾】 1、用电器在工作过程中将电能转化为内能、机械能等其他形式的能。 2、电功的计算式W＝UIt适用于一切电路。 3、用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）叫额定电压。用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）叫额定功率。用电器实际工作时的电压叫实际电压。用电器在实际电压下的功率叫实际功率。 4、焦耳定律：电流通过某导体产生的热量,跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻及通电时间成正比。数学表达式为，适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。 5、纯电阻电路是指用电器只有电阻和灯泡的电路。 【自主预习】 1、家庭电路一般由两根进户线、电能表、保险设备、用电器、插座、导线、开关等组成。进户线分为火线和零线，火线和零线之间有220 V电压，它们构成家庭电路的电源。电能表用来测量用户在一定时间内消耗的电能，保险设备用来保护电路。 2、现在家庭电路一般会串联空气断路器，又名空气开关，只要电路中电流超过额定电流，它就会自动断开。空气开关除能完成接触和分断电路外，还能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护。 3、触电保护器中的电子线路能检测到由于触电或漏电所形成的其他电流通路引起火线与零线电流的微小差异，从而自动切断电路，防止伤亡事故发生。 4、断路是由于导线没有连接好、用电器烧坏或未安装好等，使整个电路在某处断开的状态。短路是火线和零线直接接触形成的。发生短路的原因可能是线路绝缘不良，也可能是操作不当。 5、火灾和触电是用电中较容易发生的安全事故。用电时发生的火灾主要是由短路和过载造成的。 6、触电一般是人直接或间接接触带电体造成的。带电体的电压若高于36V安全电压，人接触就会导致触电。人靠近高压带电体时，也可能导致触电。 7、全球电能的最主要来源是火力发电，节约用电，不仅可以减少能源消耗，缓解能源紧张问题，还可以减少环境污染。 【思考交流1】 这是一张家庭电路的输电线布线图，在以往关于电路的学习中，我们知道，导线的电阻是可以忽略不计的。看完这张图，你认为家庭电路中输电线的电阻可以忽略吗？ 【问题体验1】 思考1：某老旧小区因电线老化、私拉乱接导致线路过热起火，引发火灾，造成财产损失和人员受伤。刚才的火灾是怎么发生的？我们家中有没有类似的隐患？ 思考2：家庭电路中的保险丝是用电阻较大、熔点较低的铅锑合金制成的．当家庭电路电流超过规定值时，保险丝会熔断．请分析说明制作保险丝为什么要选择电阻较大、熔点较低的材料？ 【归纳总结1】家庭电路 1、主要由供电线路、_________、总开关、_________、插座、开关、用电器等组成。 火线 零线 地线 总断路器 浴室 支路 厨房 支路 客厅 支路 空调 支路 电 能 表 2、供电线路包含_________（又称_________）及_________，它们之间的电压为_________V，入户线中还应铺设一条_________，其对地电压为_________。 3、为了避免用电器通断时的相互影响，所有用电器都是_______联连接在相线、零线间，且有的用电器还需与_________连接。漏电的一种情景 4、低压断路器：具有_________、_________功能（即当火线、零线中的电流超过额定电流时，断路器会自动切断供电线路），有些还带有________保护功能（当断路器检测到相线与零线中流过的电流不一致，且差值超过一定大小时便会在短时间内断开电路）。 【问题体验2】 图为常用的插座，上面为两孔插座，下面为三孔插座。 试探究：什么情况下要求用三孔插座？ 【归纳总结2】家庭电路的简单故障分析 1、家庭电路的故障主要有_________、_________、_________、_________及连接错误等。 2、断路器自动断开表示其所在回路发生短路或过载、漏电等故障。 3、_________及_________是对简单电路故障检测的常用工具。 4、(1)发现有人触电，该怎样施救？ (2)列举家庭电路中的安全防护措施。 _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 5、为何要节约用电？ 1．关于家庭线路的安装，下列说法不正确的是 （　　） A．照明线不要与插座线合用 B．所有插座线均要通过漏电保护器 C．开关应控制火线 D．火线、零线都安装保险丝 【答案】D 【详解】照明线若与插座线合用有安全隐患，则A正确；插座线通过漏电保护器，能保护家用电器，则B正确；开关控制火线，以免发生漏电事故，则C正确；保险丝应安装在火线上，则D错误。 2. 小红家中的4盏灯突然全部熄灭了，检查保险丝发现并未烧断，用测电笔测试室内各处电路时，氖管都发光。她对故障作了下列4种判断，其中正确的是（　　） A．灯泡全部烧坏了 B．进户零线断路 C．室内线路某处短路 D．进户火线断路 【答案】B　 【详解】首先，由于保险丝未断，说明不是室内线路短路现象，故C错误。又由于用测电笔测试室内各处电路时，氖管都发光，说明火线可进入到室内，故D错误。另外用测电笔测试零线时，正常情况下氖管应不发光，现在氖管发光，说明零线通过灯泡的灯丝与火线处于接通状态，故灯泡全部烧坏是不可能的，即A也被排除了。因此本题的答案应选择B，即由于进户零线断路，使电路不能闭合形成电流回路，灯泡都不亮，但室内各处都处于有电状态（氖管发光）。 3．室内有几种用电器：1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器。如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不可能同时使用的是 （　　） A．电饭煲和电冰箱B．取暖器和空调器C．电饭煲和空调器D．电冰箱、电视机和空调器 【答案】C 【详解】当保险丝达到最大电流时电路中的总功率P总=UI=220×13 W=2 860 W，电饭煲和电冰箱同时使用的功率为：P1=1 500 W+200 W=1 700 W<2 860 W，可以同时使用，故A错误；取暖器和空调器同时使用的功率为：P2=750 W+2 000 W=2 750 W<2 860 W，可以同时使用，故B错误；电饭煲和空调器同时使用的功率为：P3=1 500 W+2 000 W=3 500 W>2 860 W，不可以同时使用，故C正确；电冰箱、电视机和空调器同时使用的功率为：P4=200 W+250 W+2 000 W=2 450 W<2 860 W，可以同时使用，故D错误。 4．如图所示是某一电器的铭牌。从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的电器可能是 （　　） 【答案】A 【详解】电风扇的额定功率一般为24 W，电饭煲的额定功率一般为750 W，电熨斗的功率一般为300～500 W，电热壶的功率一般为1.5 kW～2 kW，从图中知，额定功率为24 W，所以对应电器为电风扇，故A正确。B、C、D错误。 5.某家庭要安装一套家庭供热水系统。所选用电热水器的技术参数中标有：“加热功率/电压：3 800 W/220 V”。若需要为电热水器安装一个熔断器，参考下列数据通过计算说明，应该选择多大直径的熔丝？ 常用铅锡合金熔丝的技术数据（铅95%，锡5%） 额定电流I/A 2 2.6 3.3 4.8 7 11 15 18 22 常用铅锡合金熔丝的技术数据（铅95%，锡5%） 直径d/mm 0.508 0.61 0.71 0.915 1.22 1.63 2.03 2.34 2.65 【答案】应选用直径为2.34 mm的熔丝 【详解】P＝3 800 W，U＝220 V，I＝＝ A≈17.27 A．查表可知：应选用直径为2.34 mm，额定电流为18 A的熔丝。 6．现代家庭电器化程度越来越高，安全用电是一个十分突出的问题。下表提供了人体不同部分电阻平均值数据： 测量项目 安全干燥时 出汗或潮湿时 电阻 电流(加220 V) 电阻 电流(加220 V) 手与手之间 200 kΩ 1.1×10－3A 5 kΩ 手与脚之间 300 kΩ 7.3×10－4A 8 kΩ 手与塑料鞋底之间 800 kΩ 2.8×10－4A 10 kΩ (1)在空格中填入出汗或潮湿时，对人体加220 V电压后的电流值； (2)若对人的安全电流是20 mA以下，上述哪几项是十分危险的？ (3)电路上有规格为10 A的熔丝(俗称保险 丝)，如图所示，用电器R的功率是1 500 W，这时通过熔丝的实际电流是多少？人体出汗或潮湿时，手脚触电，为什么熔丝不会断？ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 【答案】见解析 【详解】(1)潮湿时电流分别为I1＝A＝4.4×10－2A I2＝A＝2.75×10－2A I3＝A＝2.2×10－2A。 (2)由上述计算知，潮湿时导电电流都大于20 mA，所以上述各种情况均有危险。 (3)通过用电器R的电流IR＝＝A＝6.8 A。 人体出汗或潮湿时，手脚触电时通过人体的电流I2＝2.75×10－2A，通过熔丝的总电流为I＝IR＋I2＝6.827 5 A<10 A，故熔丝不会熔断。 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 4. 科学用电导学案 物理观念 能理解家庭电路的组成（如进户线、电能表、断路器）及安全用电原则，深化 “电路运行需遵循电学规律” 的物理观念。 科学思维 能分析短路、过载等电路故障的成因及危害，推导漏电保护器、保险丝的工作逻辑，提升电路问题分析与安全风险判断能力。 科学探究 能参与 “排查家庭电路模拟故障” 或 “测量家用电器功率” 的探究活动，学会运用电学知识解决实际用电问题，提升实践探究能力。 科学态度 与责任 通过了解节约用电、安全用电对生活和社会的意义，树立 “规范用电、节约能源、防范风险” 的科学责任意识与社会责任感。 重点：理解家庭电路结构及安全用电、节约用电的原则。 难点：分析家庭电路故障成因并提出合理解决办法。 【知识回顾】 1、用电器在工作过程中将电能转化为__________能、__________能等__________能。 2、电功的计算式__________适用于__________。 3、用电器正常工作时电压（铭牌上标出的电压）叫__________。用电器在额定电压下的功率（铭牌上标出的功率）叫__________。用电器实际工作时的电压叫__________。用电器在实际电压下的功率叫__________。 4、焦耳定律：电流通过某导体产生的热量,跟__________成正比，跟__________及__________成正比。数学表达式为__________，适用于__________电路，也适用于__________电路。 5、纯电阻电路是指用电器只有__________和__________的电路。 【自主预习】 1、家庭电路一般由两根进户线、______、______、用电器、插座、导线、开关等组成。进户线分为______线和______线，火线和零线之间有220 V电压，它们构成家庭电路的电源。电能表用来测量用户在一定时间内消耗的______，保险设备用来保护电路。 2、现在家庭电路一般会串联______，又名空气开关，只要电路中电流超过______，它就会______。空气开关除能完成接触和分断电路外，还能对电路或电气设备发生的______、严重过载及欠电压等进行保护。 3、触电保护器中的电子线路能检测到由于______或______所形成的其他电流通路引起火线与零线电流的微小差异，从而自动切断电路，防止伤亡事故发生。 4、断路是由于导线没有______、用电器______或未安装好等，使整个电路在某处______的状态。短路是火线和零线______形成的。发生短路的原因可能是线路绝缘不良，也可能是操作不当。 5、______和______是用电中较容易发生的安全事故。用电时发生的火灾主要是由______和______造成的。 6、触电一般是人______或______接触带电体造成的。带电体的电压若高于______安全电压，人接触就会导致触电。人靠近高压带电体时，也可能导致触电。 7、全球电能的最主要来源是______发电，节约用电，不仅可以减少______，缓解能源紧张问题，还可以减少______。 【思考交流1】 这是一张家庭电路的输电线布线图，在以往关于电路的学习中，我们知道，导线的电阻是可以忽略不计的。看完这张图，你认为家庭电路中输电线的电阻可以忽略吗？ 【问题体验1】 思考1：某老旧小区因电线老化、私拉乱接导致线路过热起火，引发火灾，造成财产损失和人员受伤。刚才的火灾是怎么发生的？我们家中有没有类似的隐患？ 思考2：家庭电路中的保险丝是用电阻较大、熔点较低的铅锑合金制成的．当家庭电路电流超过规定值时，保险丝会熔断．请分析说明制作保险丝为什么要选择电阻较大、熔点较低的材料？ 【归纳总结1】家庭电路 1、主要由供电线路、_________、总开关、_________、插座、开关、用电器等组成。 火线 零线 地线 总断路器 浴室 支路 厨房 支路 客厅 支路 空调 支路 电 能 表 2、供电线路包含_________（又称_________）及_________，它们之间的电压为_________V，入户线中还应铺设一条_________，其对地电压为_________。 3、为了避免用电器通断时的相互影响，所有用电器都是_______联连接在相线、零线间，且有的用电器还需与_________连接。漏电的一种情景 4、低压断路器：具有_________、_________功能（即当火线、零线中的电流超过额定电流时，断路器会自动切断供电线路），有些还带有________保护功能（当断路器检测到相线与零线中流过的电流不一致，且差值超过一定大小时便会在短时间内断开电路）。 【问题体验2】 图为常用的插座，上面为两孔插座，下面为三孔插座。 试探究：什么情况下要求用三孔插座？ 【归纳总结2】家庭电路的简单故障分析 1、家庭电路的故障主要有_________、_________、_________、_________及连接错误等。 2、断路器自动断开表示其所在回路发生短路或过载、漏电等故障。 3、_________及_________是对简单电路故障检测的常用工具。 4、(1)发现有人触电，该怎样施救？ (2)列举家庭电路中的安全防护措施。 _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 5、为何要节约用电？ 1．关于家庭线路的安装，下列说法不正确的是 （　　） A．照明线不要与插座线合用 B．所有插座线均要通过漏电保护器 C．开关应控制火线 D．火线、零线都安装保险丝 2. 小红家中的4盏灯突然全部熄灭了，检查保险丝发现并未烧断，用测电笔测试室内各处电路时，氖管都发光。她对故障作了下列4种判断，其中正确的是（　　） A．灯泡全部烧坏了 B．进户零线断路 C．室内线路某处短路 D．进户火线断路 3．室内有几种用电器：1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、250 W的电视机和2 kW的空调器。如果进线处有13 A的保险丝，供电电压为220 V，下列情况下不可能同时使用的是 （　　） A．电饭煲和电冰箱B．取暖器和空调器C．电饭煲和空调器D．电冰箱、电视机和空调器 4．如图所示是某一电器的铭牌。从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的电器可能是 （　　） 5.某家庭要安装一套家庭供热水系统。所选用电热水器的技术参数中标有：“加热功率/电压：3 800 W/220 V”。若需要为电热水器安装一个熔断器，参考下列数据通过计算说明，应该选择多大直径的熔丝？ 常用铅锡合金熔丝的技术数据（铅95%，锡5%） 额定电流I/A 2 2.6 3.3 4.8 7 11 15 18 22 常用铅锡合金熔丝的技术数据（铅95%，锡5%） 直径d/mm 0.508 0.61 0.71 0.915 1.22 1.63 2.03 2.34 2.65 6．现代家庭电器化程度越来越高，安全用电是一个十分突出的问题。下表提供了人体不同部分电阻平均值数据： 测量项目 安全干燥时 出汗或潮湿时 电阻 电流(加220 V) 电阻 电流(加220 V) 手与手之间 200 kΩ 1.1×10－3A 5 kΩ 手与脚之间 300 kΩ 7.3×10－4A 8 kΩ 手与塑料鞋底之间 800 kΩ 2.8×10－4A 10 kΩ (1)在空格中填入出汗或潮湿时，对人体加220 V电压后的电流值； (2)若对人的安全电流是20 mA以下，上述哪几项是十分危险的？ (3)电路上有规格为10 A的熔丝(俗称保险 丝)，如图所示，用电器R的功率是1 500 W，这时通过熔丝的实际电流是多少？人体出汗或潮湿时，手脚触电，为什么熔丝不会断？ _______________________________________________________________________________ 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