第八节 家庭电路（导学案）物理沪科版2020必修第三册

第八节 家庭电路 导学案 1．通过对家庭电路各部分的介绍，了解家庭电路的基本组成。 2．通过对低压断路器功能以及导线安全电流的了解，掌握分析简单电路故障的方法。 3.知道家庭电路的用电安全注意事项；通过对“STSE”的学习，知道节能环保对可持续发展的重要意义。 【知识回顾】 一、家庭电路 1．主要由供电线路、电能表、总开关、低压断路器、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．供电线路包含相线（又称火线）及零线，它们之间的电压为，220V，入户线中还应铺设一条地线，其对地电压为0。 3．为了避免用电器通断时的相互影响，所有用电器都是并联连接在相线、零线间，且有的用电器还需与地线连接。 4．低压断路器：具过载，短路保护功能（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）。漏电的一种情景 二、家庭电路的简单故障分析 1．家庭电路的故障主要有短路，断路，过载，漏电及连接错误等。 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．多用电表，验电笔是对简单电路故障检测的常用工具。 家庭电路包含哪些部分？ 家庭电路主要由供电线路、电能表、总开关、低压断路器、插座、开关、用电器等组成。其中供电线路包含相线（又称火线）及零线，相线与零线间的电压为 220 V，除了相线、零线外，入户线中还应铺设一条地线，地线的对地电压为 0。家庭用电器的种类繁多，厨房、浴室中的用电器和空调的用电量较大，因此往往将家庭电路分为若干支路，分别对应照明、浴室、空调等。如图 10–63 所示为常见家庭配电系统。 家庭电路中，为了避免用电器通断时的相互影响，所有用电器都是并联连接在相线、零线间，且有的用电器还需与地线连接。在实际生活中，接入电路的用电器数目及总功率 往往不时发生改变，因此为了保障家庭用电的安全，我们应该根据实际需求来选择合适的电路元器件。 图 10–63 家庭配电系统 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 低压断路器 低压断路器是家庭用电安全的重要保障之一，如图 10–64 所示。断路器与火线、零线连接，具有过载、短路保护功能，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，避免损害用电器和发生其他危害。有些断路器还带有漏电保护功能，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。图 10–64 低压断路器 导线 家庭电路中用导线与用电器、低压断路器、开关等连接。我们知道，导线具有一定的电阻，通过电流时，会发热。若导线持续处于过热状态会加快绝缘层老化，甚至损坏，引发事故。因此，导线长时间通电时能承载的最大安全电流是选择导线时重点考虑的要素之一。表 10–5 是常见的铜导线横截面积与安全电流对照表。 表 10–5 铜导线横截面积与安全电流对照表 序号 横截面积 S/mm2 安全电流 I/A 序号 横截面积 S/mm2 安全电流 I/A 1 2.5 28 4 10 65 2 4 35 5 16 91 3 6 48 6 25 120 选择家用导线时，可以通过用电器铭牌、说明书等，查找或计算用电器的工作电流，如图 10–65 所示；随后根据连接在导线上的用电器使用需求，对照表 10–5，选择有合适横截面积的导线。图 10–65 电器铭牌 如何分析家用电路的简单故障及排除安全隐患？ 家用电路的故障主要有短路、断路、过载、漏电及连接错误等。 断路器不仅能保障用电安全，也有助于排查故障所在。断路器自动断开表示其所在回路发生过载或短路、漏电等故障；因此不可以强行接通，应立即排查故障所在。如总断路器因故障断开，应先断开所有断路器，随后接通总断路器，再逐一接通支路断路器。如总断路器再次自动断开，便可判断刚刚接通的支路发生了故障。在生活中，应重视断路器的自动断开现象，及时排除故障，否则可能会加快线路老化，或引发火灾、触电等事故。 多用电表及验电笔是对简单电路故障检测的常用工具。当验电笔接触相线时，其中有电流通过，氖泡会发光。当验电笔正常工作时，通过的微弱电流不会对身体造成伤害，但 220 V 家庭用电电压远高于人体安全电压，因此在对家庭用电故障进行检测时，应熟知操作注意事项，做好安全防护措施，否则会危及生命安全！ 大家谈 谈谈家庭安全用电的注意事项，并进行交流。 STSE 我国的发电厂主要依靠燃烧煤炭发电。煤炭发电不仅难以可持续发展，而且会带来严重的环境问题。我们应节约用电、保护环境，并从以下身边的事情做起。 1．及时更换“超龄”电器。家用电器都有安全使用期限，超过期限之后不仅会线路老化、元器件性能下降导致耗电量大幅增大，还可能会引发漏电、起火、有害物质泄漏等事故。按照国家规定，冰箱的使用年限为 12 ~ 16 年，电饭煲、微波炉的使用年限为 10 年，一些小家电的使用期限则更短。 2．选择高效、节能电器。2004 年起，我国对主要的家用电器采用能效标识分类，如图 10–66 所示为某电冰箱的能效标识。能效标识将用电器的能效划分为 5 个等级， 图 10–66 中国能效标识 数字越小表示用电器能效越高，节能效果越好。 3．合理利用分时电费。白天与夜晚人们用电的需求差别很大，所以在夜晚发电厂产能过剩，若又无法储存大量电能，很容易造成浪费。因此不少国家推出了峰谷电费的方式，鼓励一些工厂在夜间生产。对于家庭用电，也可以做好用电计划，这样既可以节约电费，又可以减少用电高峰时的用电量，对减小碳排放，提高资源利用效率有很大帮助。 4．养成良好的用电习惯。对于使用完毕或暂时不使用的电器，如机顶盒、计算机、电灯等，应及时关闭，以减少能源浪费。在使用空调时，应在保证交换一定量的新鲜空气的基础上减少自然风对流；夏天温度宜在 27℃ 左右，而冬天温度宜在 20℃ 左右。冰箱要定期清理过期食物，及时化霜，避免不必要的开门和存取。 一、单选题 1．某同学为测量家里一盏灯的实际功率，他只开这一盏灯，观察电度表转盘在3min内转了9转，若每千瓦时该表转3000转，则这只灯泡的实际功率为（　　） A．30W B．60W C．600W D．120W 【答案】B 【详解】这盏灯3min内消耗的电能 灯泡的实际功率 故选B。 2．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】Ａ．照明线若与插座线合用有安全隐患，因此照明线不要与插座线合用，则A正确，不符合题意； Ｂ．插座线通过漏电保护器，能保护家用电器，则B正确，不符合题意； Ｃ．开关应控制火线，以免发生漏电事故，则C正确，不符合题意； Ｄ．保险丝应安装在火线上，若安装在零线上，有安全隐患，则D错误，符合题意。 故选D。 3．下列说法正确的是（　　） A．千瓦时是电功率的单位 B．电能表是测量电功率大小的仪表 C．电功率大的用电器，消耗的电能一定多 D．功率为100W的用电器正常工作10h耗电1kW·h 【答案】D 【详解】A．“千瓦时”是指电功单位，即“度”，故A错误； B．电能表是测量用户所用电能的仪表，测电功，故B错误； C．电功率大的用电器工作时间短，消耗的电能可能很小，故C错误； D．功率为100W的用电器正常工作10h耗电1kW·h，故D正确。 故选D。 4．关于家庭安全用电，下列做法正确的是（　　） A．保险丝烧断后，用铜丝代替 B．手未擦干就直接拔电器的插头 C．洗衣机、洗碗机等容易潮湿的电器外壳接地 D．所有家用电器都使用两孔插座 【答案】C 【详解】A．保险丝烧断后，不能用铜丝代替，防止电流过大时烧坏电路，A错误； B．手未擦干不能直接拔电器的插头，因为水会导电，可能引起触电事故，B错误； C．洗衣机、洗碗机等容易潮湿的电器外壳接地，是防止漏电，C正确； D．有金属外壳的用电器，一定要接地线，防止漏电，需用三孔插座，D错误。 故选C。 5．下列做法妥当的是（　　） A．发现有人触电，应立即用手将触电人拉开，使其与电源线分离 B．发现有人触电，应立即切断电源或用干燥木棒等把人和电线分离 C．进入室内时发现煤气味很浓，应立即在室内打电话报警，同时打开门窗通风 D．不可用湿手拔用电器插头，但可以用湿手牵动导线把电器插头从插座中拉出来 【答案】B 【详解】AB．发生触电事故时应先切断电源，无法切断电源时应用绝缘物体将触电者与电源线分离。绝对不可用手将触电者拉开，因为这样做施救者同样会触电，A错误，B正确； C．室内煤气浓度较大时，打电话发生的电磁感应现象产生火花放电，很容易引起煤气爆炸，C错误； D．用湿手拔插头时可能发生触电事故，用湿手牵动导线把插头从插座中拉出时，也可能发生意外，D错误。 故选B。 6．三只不同的小灯泡，电阻分别为R1、R2、R3（R1、R2、R3互不相等）。把它们并联起来，接在电源两端，则下列说法正确的是（　　） A．通过每只小灯泡的电流相等 B．每只小灯泡两端的电压相等 C．每只小灯泡消耗的功率相等 D．一只小灯泡熄灭了，其他小灯泡不能继续发光 【答案】B 【详解】AB．由串并联电路的规律可知，并联电路，电压相等，所以三个灯泡的电压相同，由欧姆定律可知 因为电阻不同，所以三个灯泡的电流不同，故A错误，B正确； C．由 因为电阻不同，所以三个灯泡的电功率不同，故C错误； D．并联电路，其中一条支路断路，其余电路依然可以工作，故D错误。 故选B。 7．下列关于家庭电路各种元件排列安装顺序，正确的是（　　） A．总空气开关和漏电保护开关、电能表、专线开关和其他电器空气开关、用电器 B．电能表、总空气开关和漏电保护开关、专线开关和其他电器空气开关、用电器 C．电能表、总空气开关和漏电保护开关、用电器、专线开关和其他电器空气开关 D．总空气开关和漏电保护开关、专线开关和其他电器空气开关、电能表、用电器 【答案】B 【详解】根据家庭用电线路图可知家庭电路各种元件排列安装顺序为：电能表、总空气开关和漏电保护开关、专线开关和其他电器空气开关、用电器。 故选B。 8．在家庭电路中常常发生：在台灯开关断开的情况下，把台灯插头插入插座时，室内其他电灯全部熄灭，保险丝熔断；有时是在台灯插头插入插座后，闭合台灯开关，室内其他电灯熄灭，保险丝熔断。引起这两种故障的最大可能是（　　） A．前者是插座短路，后者是灯泡短路 B．前者是插头短路，后者是灯泡短路 C．两者都是插座短路 D．两者都是插头短路 【答案】B 【详解】家庭电路中的保险丝熔断，是由于电路中的电流过大引起。而产生电流过大的原因有两个：一是用电器总功率过大，二是发生短路。由生活常识可知台灯的功率一般较小，所以造成保险丝熔断的原因不会是因台灯的功率过大。在台灯开关断开的情况下，把台灯插头插入插座时，室内其他灯全部熄灭，保险丝熔断，这是由于插头短路引起；在台灯插头插入插座后，闭合开关室内其他灯熄灭，保险丝熔断，这是由于灯泡短路造成。 故选B。 二、解答题 9．如图是不同规格铜芯导线允许通过的电流，某校教学大楼有教室24间，每间教室装有“PZ220－40”白炽灯6只。 不同规格铜芯导线允许通过的电流 横截面积/mm2 直径/mm 25 ℃时的载流量 1.5 1.38 18 2.5 1.78 26 4 2.25 38 6 2.76 44 10 1.30×7 80 注：载流量较大的导线常用多股铜线，例如横截面积为10 mm2的导线就选3股，每股直径为1.30 mm。 （1）求引入大楼照明线中的电流； （2）参考上表，计算说明主输电线的横截面积应选用多大的？ （3）若平均每日用电3 h，每月以30日计，每月耗电多少度？ 【答案】（1）26.2 A；（2）4 mm2；（3）518.4度 【详解】（1）每个教室用电的功率为 全楼用电总功率为 所以引入大楼照明线中的电流为 （2）查表可知应选用4 mm2的导线。 （3）全楼月耗电量为 10．某灯泡接在220V的电路中，消耗的电功率是40W，求： (1)通过灯丝的电流是多大？ (2)灯丝的电阻是多大？ (3)工作10min，消耗电能多少焦？ 【答案】(1)0.18A (2)1210Ω (3)2.4×104J 【详解】（1）由电功率公式可得通过灯丝的电流是 （2）由电功率公式可得灯丝的电阻是 （3）由电功公式W=Pt可得灯泡工作10min消耗电能 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第八节 家庭电路 导学案 1．通过对家庭电路各部分的介绍，了解家庭电路的基本组成。 2．通过对低压断路器功能以及导线安全电流的了解，掌握分析简单电路故障的方法。 3.知道家庭电路的用电安全注意事项；通过对“STSE”的学习，知道节能环保对可持续发展的重要意义。 【知识回顾】 一、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。 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）。漏电的一种情景 二、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。 家庭电路包含哪些部分？ 家庭电路主要由供电线路、电能表、总开关、低压断路器、插座、开关、用电器等组成。其中供电线路包含相线（又称火线）及零线，相线与零线间的电压为 220 V，除了相线、零线外，入户线中还应铺设一条地线，地线的对地电压为 0。家庭用电器的种类繁多，厨房、浴室中的用电器和空调的用电量较大，因此往往将家庭电路分为若干支路，分别对应照明、浴室、空调等。如图 10–63 所示为常见家庭配电系统。 家庭电路中，为了避免用电器通断时的相互影响，所有用电器都是并联连接在相线、零线间，且有的用电器还需与地线连接。在实际生活中，接入电路的用电器数目及总功率 往往不时发生改变，因此为了保障家庭用电的安全，我们应该根据实际需求来选择合适的电路元器件。 图 10–63 家庭配电系统 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 低压断路器 低压断路器是家庭用电安全的重要保障之一，如图 10–64 所示。断路器与火线、零线连接，具有过载、短路保护功能，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，避免损害用电器和发生其他危害。有些断路器还带有漏电保护功能，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。图 10–64 低压断路器 导线 家庭电路中用导线与用电器、低压断路器、开关等连接。我们知道，导线具有一定的电阻，通过电流时，会发热。若导线持续处于过热状态会加快绝缘层老化，甚至损坏，引发事故。因此，导线长时间通电时能承载的最大安全电流是选择导线时重点考虑的要素之一。表 10–5 是常见的铜导线横截面积与安全电流对照表。 表 10–5 铜导线横截面积与安全电流对照表 序号 横截面积 S/mm2 安全电流 I/A 序号 横截面积 S/mm2 安全电流 I/A 1 2.5 28 4 10 65 2 4 35 5 16 91 3 6 48 6 25 120 选择家用导线时，可以通过用电器铭牌、说明书等，查找或计算用电器的工作电流，如图 10–65 所示；随后根据连接在导线上的用电器使用需求，对照表 10–5，选择有合适横截面积的导线。图 10–65 电器铭牌 如何分析家用电路的简单故障及排除安全隐患？ 家用电路的故障主要有短路、断路、过载、漏电及连接错误等。 断路器不仅能保障用电安全，也有助于排查故障所在。断路器自动断开表示其所在回路发生过载或短路、漏电等故障；因此不可以强行接通，应立即排查故障所在。如总断路器因故障断开，应先断开所有断路器，随后接通总断路器，再逐一接通支路断路器。如总断路器再次自动断开，便可判断刚刚接通的支路发生了故障。在生活中，应重视断路器的自动断开现象，及时排除故障，否则可能会加快线路老化，或引发火灾、触电等事故。 多用电表及验电笔是对简单电路故障检测的常用工具。当验电笔接触相线时，其中有电流通过，氖泡会发光。当验电笔正常工作时，通过的微弱电流不会对身体造成伤害，但 220 V 家庭用电电压远高于人体安全电压，因此在对家庭用电故障进行检测时，应熟知操作注意事项，做好安全防护措施，否则会危及生命安全！ 大家谈 谈谈家庭安全用电的注意事项，并进行交流。 STSE 我国的发电厂主要依靠燃烧煤炭发电。煤炭发电不仅难以可持续发展，而且会带来严重的环境问题。我们应节约用电、保护环境，并从以下身边的事情做起。 1．及时更换“超龄”电器。家用电器都有安全使用期限，超过期限之后不仅会线路老化、元器件性能下降导致耗电量大幅增大，还可能会引发漏电、起火、有害物质泄漏等事故。按照国家规定，冰箱的使用年限为 12 ~ 16 年，电饭煲、微波炉的使用年限为 10 年，一些小家电的使用期限则更短。 2．选择高效、节能电器。2004 年起，我国对主要的家用电器采用能效标识分类，如图 10–66 所示为某电冰箱的能效标识。能效标识将用电器的能效划分为 5 个等级， 图 10–66 中国能效标识 数字越小表示用电器能效越高，节能效果越好。 3．合理利用分时电费。白天与夜晚人们用电的需求差别很大，所以在夜晚发电厂产能过剩，若又无法储存大量电能，很容易造成浪费。因此不少国家推出了峰谷电费的方式，鼓励一些工厂在夜间生产。对于家庭用电，也可以做好用电计划，这样既可以节约电费，又可以减少用电高峰时的用电量，对减小碳排放，提高资源利用效率有很大帮助。 4．养成良好的用电习惯。对于使用完毕或暂时不使用的电器，如机顶盒、计算机、电灯等，应及时关闭，以减少能源浪费。在使用空调时，应在保证交换一定量的新鲜空气的基础上减少自然风对流；夏天温度宜在 27℃ 左右，而冬天温度宜在 20℃ 左右。冰箱要定期清理过期食物，及时化霜，避免不必要的开门和存取。 一、单选题 1．某同学为测量家里一盏灯的实际功率，他只开这一盏灯，观察电度表转盘在3min内转了9转，若每千瓦时该表转3000转，则这只灯泡的实际功率为（　　） A．30W B．60W C．600W D．120W 2．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 3．下列说法正确的是（　　） A．千瓦时是电功率的单位 B．电能表是测量电功率大小的仪表 C．电功率大的用电器，消耗的电能一定多 D．功率为100W的用电器正常工作10h耗电1kW·h 4．关于家庭安全用电，下列做法正确的是（　　） A．保险丝烧断后，用铜丝代替 B．手未擦干就直接拔电器的插头 C．洗衣机、洗碗机等容易潮湿的电器外壳接地 D．所有家用电器都使用两孔插座 5．下列做法妥当的是（　　） A．发现有人触电，应立即用手将触电人拉开，使其与电源线分离 B．发现有人触电，应立即切断电源或用干燥木棒等把人和电线分离 C．进入室内时发现煤气味很浓，应立即在室内打电话报警，同时打开门窗通风 D．不可用湿手拔用电器插头，但可以用湿手牵动导线把电器插头从插座中拉出来 6．三只不同的小灯泡，电阻分别为R1、R2、R3（R1、R2、R3互不相等）。把它们并联起来，接在电源两端，则下列说法正确的是（　　） A．通过每只小灯泡的电流相等 B．每只小灯泡两端的电压相等 C．每只小灯泡消耗的功率相等 D．一只小灯泡熄灭了，其他小灯泡不能继续发光 7．下列关于家庭电路各种元件排列安装顺序，正确的是（　　） A．总空气开关和漏电保护开关、电能表、专线开关和其他电器空气开关、用电器 B．电能表、总空气开关和漏电保护开关、专线开关和其他电器空气开关、用电器 C．电能表、总空气开关和漏电保护开关、用电器、专线开关和其他电器空气开关 D．总空气开关和漏电保护开关、专线开关和其他电器空气开关、电能表、用电器 8．在家庭电路中常常发生：在台灯开关断开的情况下，把台灯插头插入插座时，室内其他电灯全部熄灭，保险丝熔断；有时是在台灯插头插入插座后，闭合台灯开关，室内其他电灯熄灭，保险丝熔断。引起这两种故障的最大可能是（　　） A．前者是插座短路，后者是灯泡短路 B．前者是插头短路，后者是灯泡短路 C．两者都是插座短路 D．两者都是插头短路 二、解答题 9．如图是不同规格铜芯导线允许通过的电流，某校教学大楼有教室24间，每间教室装有“PZ220－40”白炽灯6只。 不同规格铜芯导线允许通过的电流 横截面积/mm2 直径/mm 25 ℃时的载流量 1.5 1.38 18 2.5 1.78 26 4 2.25 38 6 2.76 44 10 1.30×7 80 注：载流量较大的导线常用多股铜线，例如横截面积为10 mm2的导线就选3股，每股直径为1.30 mm。 （1）求引入大楼照明线中的电流； （2）参考上表，计算说明主输电线的横截面积应选用多大的？ （3）若平均每日用电3 h，每月以30日计，每月耗电多少度？ 10．某灯泡接在220V的电路中，消耗的电功率是40W，求： (1)通过灯丝的电流是多大？ (2)灯丝的电阻是多大？ (3)工作10min，消耗电能多少焦？ 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $