第3节 跨学科实践：为家庭电路做设计（培优教学课件）物理新教材人教版九年级全一册

该初中物理课件聚焦家庭电路设计，通过“家庭装修改造需设计电路方案”的真实问题导入，衔接家庭电路基本组成的理论知识，构建“理论-实践”的学习支架，引导学生从用电需求与安全角度开展设计。 其亮点在于融合物理观念、科学探究与科学态度，通过调查用电器功率、规划配电回路等项目实践，培养学生分析问题与合作能力。课堂练习结合生活场景（如电暖气跳闸），强化安全用电认知，教师可依托完整实施框架提升教学实效。

九年级全一册•人教版 第3节 跨学科实践：为家庭电路做设计 夜幕降临，华灯初上，璀璨的灯光点亮了一栋栋高楼大厦，夜晚的城市亮丽而温馨。下班了，放学了，一家人团聚在一起，看着电视，听着音乐，品尝着美食…… 这样惬意的生活，电的作用功不可没!高压输电线翻山越岭，把电从遥远的发电厂送到城市和乡村的每个家庭。我们如何安全地享受电带来的便利?家庭中电路的设计非常重要。 本章就让我们开启对安全用电及家庭电路的探索，并尝试提出你的电路设计方案。 第十九章 生活用电 每个家庭的用电情况是不一样的，假如你家正在准备装修改造，你应该如何设计一个方案？ 导入新课 学习目标 物理观念 能从用电需求和安全角度出发设计家庭电路，在实践中加深对家庭电路基本组成的认识。 科学思维 经历家庭电路的设计过程，能运用所学知识分析日常生活中的用电安全问题并提出解决方案。 科学探究 经历收集信息、方案制订与评估、结果解释、合作交流等过程，发展科学探究能力。 科学态度 与责任 通过实践活动提高安全用电意识，总结交流生活中的安全用电原则，践行安全与健康生活。 教学重点 家庭电路方案的设计及对方案可行性的评估。 教学难点 家庭电路方案的设计及对方案可行性的评估。 重点难点 1. 项目提出 2. 项目分析 3. 项目实施 4. 展示交流 5. 课堂总结 6. 练习与应用 7. 提升训练 学习内容 一、项目提出 第3节 跨学科实践：为家庭电路做设计 一、项目提出 每个家庭的用电情况是不一样的，假如你家正在准备装修改造，请你根据家里的用电需求及前面的学习与研究，为你的家庭电路提出一个简单的设计方案。可以与同学分工合作，完成任务。 二、项目分析 第3节 跨学科实践：为家庭电路做设计 二、项目分析 为了使家庭电路更加安全、合理，设计时你觉得应该主要考虑哪些因素呢？ 首先可根据家里现有的用电器，初步估算家中的总体用电需求，然后合理规划并设计室内的配电分支回路。 如果你有兴趣，最后还可对家庭电路中使用到的断路器、导线等配电器材进行选型，使器材之间相互匹配。 三、项目实施 第3节 跨学科实践：为家庭电路做设计 三、项目实施 1. 调查家庭用电需求 请你调查并记录目前家中主要用电器的使用情况，阅读各个用电器的铭牌或说明书，重点关注它们的功率信息。明确用电需求，为规划家庭电路的配电分支回路作准备。可以用表格或其他形式梳理。 用电器调查 细目表 三、项目实施 2. 合理规划配电分支回路 请根据实际用电需求，结合家用电器的使用环境， 进行小组讨论，设计家庭电路的分支回路或为家庭电路优化提出方案与建议。 如果你们小组同学的家中有室内配电箱，请在家长或技术人员的指导下进行观察，看看目前家中有几条分支回路，每条分支回路开关的额定电流是多少。如果没有观察室内配电箱的条件，请以图中所示的配电箱作参考。 三、项目实施 考虑到家中的用电器比较多，家庭电路可设计若干插座分支回路、照明分支回路和大功率用电器（如空调）分支回路等。 设计方案参考： （1）配电示意图。 三、项目实施 （2）采用绘图形式。 某插座分支回路设计示意图 三、项目实施 （3）采用列表形式。 回路名称 用电器 总功率/W 断路器 照明回路 全屋灯具 空气开关 厨房回路 微波炉+电烤箱+电冰箱 +电饭煲+电热水器 漏电保护器 空调回路 立式空调+壁挂式空调 空气开关 卫生间回路 洗衣机+浴霸+电吹风 漏电保护器 卧室回路 台式计算机+空气净化器 空气开关 客厅回路 电视+扫地机器人+路由器 空气开关 三、项目实施 通常情况下，导线的横截面积越大，长时间通电时所允许的最大安全电流也会越大。根据你所设计的各条分支回路的用电情况，总功率大的分支回路要选粗一些的导线，还是细一些的？家庭电路中的供电导线是不是横截面积越大越好？你认为在选择导线时，除了安全因素，还要考虑哪些因素？ 根据P=UI可知，总功率越大时，电流越大。所以分支回路应选择粗一些的导线。但是横截面积越大的导线，经济成本越高。所以应该综合考虑经济成本、实际需求等因素。 四、展示交流 第3节 跨学科实践：为家庭电路做设计 四、展示交流 完成设计方案后，各小组之间进行展示与交流，可互检方案的可行性与安全性。 有条件的话，也可邀请专业人员来对你们的设计方案进行评估。 四、展示交流 最后，通过对这个项目的研究，请你谈谈对家庭电路的认识以及对安全用电的体会。可以结合家中用电器的调查和使用情况，尝试分析家庭用电安全隐患，总结出一些生活中的安全用电原则，例如： （1）尽量不同时使用多个大功率用电器。 （2）不接触低压带电体，不靠近高压带电体。 （3）更换灯泡、搬动用电器前应断开电源开关。 （4）不弄湿用电器，不损坏绝缘层。 （5）保险装置、插座、导线、家用电器等达到使用寿命时应及时更换。…… 五、课堂总结 第3节 跨学科实践：为家庭电路做设计 五、课堂总结 为家庭电路提出一个简单的设计方案. ①初步估算家中的总体用电需求. ②合理规划并设计室内的配电分支回路. ①调查家庭用电需求. ②合理规划配电分支回路. 采用绘图、列表形式. 为家庭电路做设计 项目实施 项目分析 项目提出 展示交流 六、课堂练习 第3节 跨学科实践：为家庭电路做设计 六、课堂练习 1．图是晓丽家的部分家庭电路，下列说法正确的是（　　） A．电视机接入三孔插座后其外壳与零线相连 B．灯L1与灯L2与其对应的控制开关的连接都是正确的 C．灯L1与灯 L2是串联的 D．闭合开关S1时，灯L1不亮，保险丝熔断，可能是因为灯L1短路 D 相线 【解析】A．电视机插入三孔插座能使电视机金属外壳接地，不是使其外壳与零线相连，故A错误； B．开关要接在相线和灯之间，所以灯L1与其对应的控制开关的连接是正确的，灯L2与其对应的控制开关的连接是错误的，故B错误； C．灯L1与灯L2在工作时，互不影响，为并联，故C错误； D．保险丝熔断的原因可能是发生短路或总功率过大。闭合开关S1时，不会使电路中总功率过大，而保险丝熔断，灯L1不亮，则原因可能是灯L1短路，使得电灯不亮，故D正确。 故选D。 六、课堂练习 六、课堂练习 2．小强同学放学回家后，打开电灯，接入电热水壶，两者均正常工作，接着启动微波炉加热食品时，发现微波炉不工作，电热水壶突然停止工作，但是电灯仍然正常发光，如图所示。他对故障作了下列四种判断，其中正确的是（　　） A．零线上ab间断路 B．零线上bc间断路 C．微波炉所在支路be间短路 D．电热水壶所在支路cd间短路 A 相线 【解析】电灯仍正常工作，说明不是保险丝烧坏了，即没有发生短路，启动微波炉加热食品时，发现微波炉不工作，电热水壶突然停止工作，说明电路存在断路，而且是经过微波炉的ab之间电路断路了，故A正确，故BCD错误。故选A。 六、课堂练习 相线 【解析】遵循安全用电原则：开关接相线，插座、USB接口并联且独立工作，开关同时控制两者。相线先接开关，开关后分两支，一支接插座，另一支接USB接口。如图所示。 六、课堂练习 3．如图甲所示是一种带有USB接口的新型插线板，插座和USB接口都可以独立工作，开关同时控制USB接口和插孔是否通电。图乙为该插线板内部的部分电路结构示意图。试根据该插线板的功能将图乙中的电路连接完整。 相线 相线 【解析】A．空气开关“跳闸”后，应该排除故障后再合上开关，故A不符题意； B．“跳闸”可能是由于电暖气发生了短路，也可能是用电器的总功率过大，故B不符合题意； C．电功率是表示电流做功快慢的物理量，调至高温挡时，电功率变大，电流做功一定变快，故C符合题意；D．调至高温挡时，在做功的时间一定时，有更多的电能转化为内能，故D不符合题意。故选C。 六、课堂练习 4．冬天为了取暖，小明家新购置了一台电暖气，如图。电暖气接入家庭电路中，从低温挡（1000W）调至高温挡（2200W）时，家里的空气开关“跳闸”了，则（ ） A．空气开关“跳闸”后，应立即合上 B．“跳闸”一定是由于电暖气发生了短路 C．调至高温挡时，电流做功一定变快 D．调至高温挡时，有更多的电能转化为内能 C 六、课堂练习 5．图1是测电笔的使用，图2是某家用电能表的表盘，请回答下列问题。 （1）为防止触电事故的发生，在家庭电路中，安装电路之前，必须要使用测电笔判断火线和零线，如图1甲、乙所示使用测电笔的两种方法，正确的是____；带有金属外壳的用电器使用三脚插头，是为了使用时让金属外壳_______；如果站在地上的人不小心接触了_____线，电流经过人体流入大地，这时_______（选填“空气开关”或“漏电保护器”）会迅速切断电流，对人体起到保护作用。 750 甲 接地 火 漏电保护器 （2）图2中电能表表盘上显示已用电_____________，该家同时工作的用电器的总功率不能超过________ W。将某用电器单独接在该表上20min，电能表指示灯闪烁400次，该用电器的实际功率为_____ W。   32386.1kW·h 8800 【解析】（1）测电笔使用时，手应与测电笔笔尾金属体接触，故图甲正确。 使用三脚插头，可使用电器金属外壳接地，当漏电时，电流从地线直接流入大地，不经过人体，不会使人触电。 人体接触火线，有电流通过人体流入大地，使得通过零线电流比火线电流小，即造成了漏电现象，所以漏电保护器会迅速切断电路，对人体起到保护作用。由于人的电阻较大，电流不大，空气开关不会断开。 （2）电能表计数器最后一位是小数，显示的是累积用电量，故电能表表盘上显示已用电32386.1kW·h。 由图可知，此电能表工作电压为220V，允许通过的最大电流为40A，所以该电能表工作时的最大功率为P=UI=220V×40A=8800W 电能表指示灯闪烁400次消耗的电能为 用电器单独接在该表上工作的时间为t=20min= h/3 该用电器的实际功率为 六、课堂练习 六、课堂练习 6. 小华家新买了一台电暖器，部分参数如下表，通过调节旋钮，可实现高温挡、低温挡的切换。她结合所学知识进行了研究。 （1）如图，电暖器的插头是三脚插头，插头中较长的脚与电暖器的金属外壳相连。插入插座后，就将电暖器的金属外壳与家庭电路的_____线相连，可防止漏电时对人造成伤害。电暖器工作时房间温度升高，这是通过__________的方式增大空气内能的； 地 热传递 额定电压 220V 高温挡功率 2000W 低温挡功率 800W 六、课堂练习 （2）小华家墙上的插座允许通过的最大电流为10A，请通过计算说明此插座能否满足该电暖器正常使用； （3）若该电暖器一天正常工作6h，其中高温挡2h，低温挡4h，则它一天耗电多少千瓦时？ （4）小华与妈妈一起做饭时，准备同时使用电饭锅和电磁炉。小华说：“应先把电暖器关掉，否则容易使家庭电路的干路导线过热引发火灾。”请运用物理知识进行解释。 六、课堂练习 【解析】 （1）电暖器的插头是三脚插头，插入插座后，就将电暖器的金属外壳与家庭电路的地线相连，可防止漏电时对人造成伤害。 电暖器工作时放出热量，房间内的空气吸收热量，温度升高，内能增大，是通过热传递的方式增大空气内能的。 （2）电暖气工作时的最大电流为 I=P/U=2000W/220V=9.1A < 10A 所以此插座能满足该电暖器正常使用。 （3） 一天耗电为 W=W高+W低=P高t高+P低t低=2kW×2h+0.8kW×4h=7.2kW·h （4）同时使用电饭锅和电磁炉，总功率较大，根据I=P/U，电路中总电流较大，根据焦耳定律Q=I2Rt，干路导线相同时间内产生的热量较多，容易使家庭电路的干路导线过热引发火灾。 $