4.4科学用电（讲义）物理鲁科版必修第三册

本讲义聚焦“科学用电”核心知识点，系统梳理家庭电路的组成（进户线、电能表、总开关等）与连接规则（开关接火线、插座“左零右火上接地”），安全用电原则（不接触低压带电体等）与触电防护（单线/双线触电、急救方法），构建从电路结构到安全应用的学习支架，衔接闭合电路欧姆定律的理论与实际用电场景。 该资料特色在于理论与生活实践深度融合，通过光控路灯模拟电路分析、电能表与导线载流量计算等实例，培养科学思维（模型建构、科学推理）和科学态度与责任（安全用电规范）。课中辅助教师开展情境教学，课后通过分层练习（随学随练、素养提升）帮助学生巩固知识，查漏补缺，强化安全用电意识。

第四章 闭合电路欧姆定律与科学用电 4.4科学用电 课标要点 1.了解家庭电路的基本组成、连接方式，区分火线、零线和地线。 2.掌握安全用电的基本原则，了解常见用电故障与用电隐患。 学习重难点 重点：家庭电路的组成与连接规则、安全用电的核心原则 难点：触电原理与防护方法、用电安全规范应用 知识点家庭电路的组成与连接 1.家庭电路基本构成 家庭电路是日常生活中最常见的低压交流电路，整体采用并联供电方式，主要由进户线、电能表、总开关、保险装置、用电器、开关、插座等部分组成，整套电路电压为220V民用交流电。 (1)进户线：分为火线、零线，部分电路配有地线。火线带电，零线在变压器端接地，正常情况下不带电；地线为保护线，不参与电路工作，仅用于安全防护。 (2)计量与保护装置：电能表用于计量家庭消耗的电能；总开关控制全屋电路通断；熔断器、空气开关、漏电保护器为电路保护装置，可在过载、短路、漏电时自动切断电路。 (3)用电终端：包含各类家用电器、墙壁开关、电源插座，所有用电器均并联在火线与零线之间，可独立工作、互不影响。 2.电路连接核心规则 (1)开关连接：控制用电器的开关必须接在火线上。断开开关后，用电器与火线断开连接，彻底不带电，避免触电风险；若接在零线上，断开开关后用电器仍与火线相连，存在安全隐患。 (2)插座连接：遵循“左零右火上接地”的标准接法，两孔插座左接零线、右接火线；三孔插座左接零线、右接火线、上接地线。 (3)电器连接：带金属外壳的家用电器必须接地，金属外壳通过地线与大地相连，防止电器漏电时外壳带电引发触电事故。 3.三种线路的功能区分 火线(L)：输送供电电能，与大地间存在220V电压，触碰易发生触电事故。 零线(N)：构成电路回路，正常状态下与大地无电压差，不带电。 地线(PE)：安全保护专用线路，正常无电流，电器漏电时可将漏电电流导入大地，保护人身安全。 随学随练 1．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？ 2．如图所示是室外光控路灯的模拟电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51kΩ，R2为330kΩ，则下列说法中不正确的是（　　）    A．在图中虚线方框A中应添加的元件为“与门” B．在图中虚线方框A中应添加的元件为“非门” C．要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些 D．通过发光二极管LED的电流，不经过光敏电阻RG 3．如图所示，用小灯泡模仿光控电路，之间为斯密特触发器，为光敏电阻，为可变电阻；为继电器的线圈，为它的常开触点。下列说法错误的是（　　） A．天色变暗时，端输入高电平，继电器吸引，路灯点亮 B．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把的阻值调大些 C．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把的阻值调小些 D．二极管的作用是继电器释放时提供自感电流的通路，防止损坏集成电路 知识点安全用电原则与触电防护 1.安全用电核心原则 不接触低压带电体，不靠近高压带电体；不弄湿用电器，不损坏绝缘层；更换灯泡、维修电器时断开电源；金属外壳电器必须可靠接地。 2.触电的类型与原理 触电的本质是人体直接或间接接触带电体，形成闭合回路，有电流通过人体造成伤害。人体安全电压为不高于36V，220V家庭交流电远超安全电压，极易造成触电伤亡。 (1)单线触电：人体站在地面接触火线，电流通过人体流入大地，形成回路触电，是家庭最常见的触电方式。 (2)双线触电：人体同时接触火线和零线，电流直接通过人体形成回路，无论是否接地都会触电，危险性极高。 3.触电急救方法 发现有人触电，严禁直接用手拉扯触电者，防止施救者连环触电。首先迅速切断电源，或用干燥木棍、竹竿等绝缘物体将带电体与人体分离；触电者脱离电源后，若出现昏迷、呼吸心跳停止，需立即进行心肺复苏，并及时拨打急救电话。 随学随练 4．小云家的电能表的型号是“DDS112910（40）A”，通过查找资料得知，其中的“10（40）A”的含义是：此表可用于“额定电流”值为10A左右的范围准确计量，使用中最大电流不应超过40A。 不同规格铜芯导线允许通过的电流 横截面积/mm2 直径/mm 时的载流量/A 1.5 1.38 18 2.5 1.78 26 4 2.25 38 6 2.76 44 10 1.307 80 注：载流量较大的导线常用多股铜线，例如横截面积为10mm2的导线就是7股，每股直径为1.30mm。 (1)通过电能表的电流恰好为10A时，家庭消耗的电功率是多少？ (2)连接到电能表上的进户输电线应该使用多大横截面积的铜导线？ 5．判断插座中是否通电时可用测电笔来测试。测试时人手拿测电笔末端的金属部分，当测试笔头部碰到火线（相对大地电压）时，测电笔中的氖管会发光，这时电流实际上是由电线经测试笔、人体流到大地的，但人体却是安全的，这是为什么呢？请根据下列数据估算说明原因。已知测电笔（含氖管）的电阻为，人体电阻为几千欧到几十千欧，对人来说安全电压为。（） 6．光敏电阻是由半导体材料制成的，受到光照射时，其导电性能显著增强。将其与电磁继电器组合，就可用来自动控制街道路灯的开与关。图中所示是自动控制路灯的工作原理图，当光照暗到一定程度时，路灯能点亮。电阻、之一为光敏电阻，另一为定值电阻。当放大电路的输入a端电压升高至某一值时，使经过继电器J的电流增大到受继电器J控制的电键S闭合，路灯就点亮。则_____是光敏电阻，若要提高电路的灵敏度，则_____（选填“增大”或“减小”）定值电阻的阻值。 疑难点高压用电安全与特殊场景用电规范 1.高压用电安全：高压输电线、变压器等设备电压极高，无需接触，靠近即可发生电弧触电、跨步电压触电。严禁在高压设备附近放风筝、攀爬、搭建构筑物，远离高压故障线路。 2.特殊场景用电：潮湿环境(浴室、卫生间)电阻小，触电风险大幅提升，禁止湿手触碰开关、电器；户外用电需做好防水、防雷措施，雷雨天气尽量关闭电器、断开电源。 活学活用 7. 小云家电能表规格为，家用电源电压220V。 横截面积/mm2 直径/mm 时的载流量/A 1.5 1.38 18 2.5 1.78 26 4 2.25 38 6 2.76 44 10 1.307 80 (1)电路中电流为额定计量电流10A时，家中用电器总功率多大？ (2)该家庭电路允许接入的用电器最大总功率是多少？ 8.使用测电笔接触火线时，测电笔与人体串联接220V电压。取人体最大电阻，计算此时人体两端分得的电压，并判断人体是否安全。 9.填空,简答 (1)测电笔能够保护人体的核心部件是笔内阻值很\\\\\\(选填“大”或“小”)的电阻；测电笔检测火线时，电流路径：火线→笔尖金属体→氖管→笔内大电阻→\\\\__→大地。 (2)简答：若测电笔内部的保护电阻丢失、破损，直接用氖管检测火线，会出现什么危险？ 基础通关 1.关于图中家庭电路的连接方式，下列说法正确的是() A.保险丝安装在零线上，发生短路时能保护电路 B.控制灯泡的开关S接在零线上，断开开关后灯泡不带电 C.图中灯泡、两孔插座之间为并联关系，独立工作互不影响 D.更换灯泡时，只断开开关S就可以徒手更换，无需断开总电源 2.若电路中两盏灯泡同时不发光，两孔插座也无电，检查发现保险丝熔断，故障大概率是电路发生_____(选填“断路”或“短路”)； 若左侧灯泡开关闭合后灯不亮，插座和右侧灯泡均可正常工作，则故障为左侧灯泡支路_____(断路/短路)。 3.结合题图说明：为什么控制电灯的开关必须连接在火线上，不能接零线？ 若图中两孔插座接线颠倒(左火右零)，是否会影响插座上用电器正常工作？存在什么安全隐患？ 4.如图光控路灯模拟电路，关于电路元件功能与工作逻辑，下列说法正确的是() A.光照越强，光敏电阻阻值越大，A端为高电平，路灯点亮 B.斯密特触发器输出端Y为低电平时，继电器线圈J中有电流通过 C.图中二极管正常工作时处于导通状态，分担继电器线圈电压 D.继电器常开触点闭合时，小灯泡L两端直接接5V电源 5.如图 (1)该电路用于楼道光控灯，若想要天色更暗时路灯才点亮，应将可调电阻的阻值\\\\\\(选填“调大”或“调小”)； (2)继电器线圈断电瞬间会产生反向自感电动势，图中二极管的作用是\\\\\\，防止自感高压击穿斯密特触发器集成电路。 6.结合电路回答下列两个问题： (1)简述续流二极管不能省略的安全与电路保护原理； (2)闭合电路后，无论光照强弱，小灯泡L始终不亮，经检测电源、斯密特触发器、光敏电阻支路均正常，写出两种可能的故障。 7.关于该光控路灯控制电路，下列说法正确的是() A.是光敏电阻，光照越强，阻值越大 B.天色变暗，光敏电阻阻值增大，点电势升高，继电器开关闭合 C.继电器线圈与路灯串联在同一电源上 D.若点电压过低，继电器开关闭合，路灯点亮 8.如图 电路中_____(填/)为光敏电阻； 若想要天色更暗时路灯才会点亮，需要_____(选填“增大”或“减小”)定值电阻的阻值； 继电器属于电磁开关，利用了电流的______效应。 9.结合电路，回答下列两个问题： (1)简述该电路实现“天黑自动亮灯、天亮自动熄灯”的完整工作过程； (2)路灯主电路为220V市电，低压控制回路为直流低压电源，分析电路将高低压分开设计的安全用电意义。 10.关于该光控LED电路，下列说法正确的是() A.光照越强，光敏电阻阻值越大，A端为高电平，LED点亮 B.斯密特触发器输出Y为低电平时，LED两端形成电势差，LED发光 C.电阻作用是放大电流，让LED亮度更高 D.LED发光时，电流从Y端流出，经过LED、回到+5V电源 素养提升 11.如图 (1)若想要天色更暗时LED才点亮，应将可调电阻的阻值_____(选填“调大”或“调小”)； (2)发光二极管LED具有\\\\\\导电性，电路中串联电阻的作用是______； (3)光敏电阻属于______传感器，能将光照强弱信号转化为电压电信号。 12.结合电路原理图，回答下列两个问题： (1)完整描述电路“天黑LED自动亮、天亮LED自动熄灭”的工作全过程； (2)从电路安全用电角度，说明限流电阻不可省略的原因。 迁移创新 13.已知：测电笔电阻，人体最小电阻，火线对地220V。 (1)计算人体电阻最小时，人体两端电压，判断是否安全； (2)使用测电笔时，规范要求手必须接触测电笔末端金属，若手只捏绝缘外壳、不接触尾部金属，氖管能否发光？说明理由。 14. 如表 横截面积/mm2 直径/mm 时的载流量/A 1.5 1.38 18 2.5 1.78 26 4 2.25 38 6 2.76 44 10 1.307 80 (1)该户电路最大工作电流40A，查表可知进户铜导线应选用横截面积为\\\\\\的导线； (2)若错误选用导线作为进户线，结合载流量数据说明存在什么用电安全隐患。 15.小云家进户线使用铜导线，电能表，市电220V。如表 横截面积/mm2 直径/mm 时的载流量/A 1.5 1.38 18 2.5 1.78 26 4 2.25 38 6 2.76 44 10 1.307 80 (1)家中同时开启一台2000W空调、一台1200W电热水器、多盏照明灯总功率500W，通过计算判断此时电路总电流是否超过电能表安全上限； (2)从科学用电角度，写出两条家庭大功率用电的安全规范。 学科网（北京）股份有限公司1/10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 闭合电路欧姆定律与科学用电 4.4科学用电 课标要点 1.了解家庭电路的基本组成、连接方式，区分火线、零线和地线。 2.掌握安全用电的基本原则，了解常见用电故障与用电隐患。 学习重难点 重点：家庭电路的组成与连接规则、安全用电的核心原则 难点：触电原理与防护方法、用电安全规范应用 知识点家庭电路的组成与连接 1.家庭电路基本构成 家庭电路是日常生活中最常见的低压交流电路，整体采用并联供电方式，主要由进户线、电能表、总开关、保险装置、用电器、开关、插座等部分组成，整套电路电压为220V民用交流电。 (1)进户线：分为火线、零线，部分电路配有地线。火线带电，零线在变压器端接地，正常情况下不带电；地线为保护线，不参与电路工作，仅用于安全防护。 (2)计量与保护装置：电能表用于计量家庭消耗的电能；总开关控制全屋电路通断；熔断器、空气开关、漏电保护器为电路保护装置，可在过载、短路、漏电时自动切断电路。 (3)用电终端：包含各类家用电器、墙壁开关、电源插座，所有用电器均并联在火线与零线之间，可独立工作、互不影响。 2.电路连接核心规则 (1)开关连接：控制用电器的开关必须接在火线上。断开开关后，用电器与火线断开连接，彻底不带电，避免触电风险；若接在零线上，断开开关后用电器仍与火线相连，存在安全隐患。 (2)插座连接：遵循“左零右火上接地”的标准接法，两孔插座左接零线、右接火线；三孔插座左接零线、右接火线、上接地线。 (3)电器连接：带金属外壳的家用电器必须接地，金属外壳通过地线与大地相连，防止电器漏电时外壳带电引发触电事故。 3.三种线路的功能区分 火线(L)：输送供电电能，与大地间存在220V电压，触碰易发生触电事故。 零线(N)：构成电路回路，正常状态下与大地无电压差，不带电。 地线(PE)：安全保护专用线路，正常无电流，电器漏电时可将漏电电流导入大地，保护人身安全。 随学随练 1．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？ 【答案】见解析 【详解】家庭电路发生短路或用电器总功率过大时，电路中的电流较大，保险丝电阻较大，根据可知，在极短时间内就可产生非常多的热量，保险丝温度急剧升高，达到熔点，从而熔断。因此，保险丝要选择电阻较大、熔点较低的材料。 2．如图所示是室外光控路灯的模拟电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51kΩ，R2为330kΩ，则下列说法中不正确的是（　　）    A．在图中虚线方框A中应添加的元件为“与门” B．在图中虚线方框A中应添加的元件为“非门” C．要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些 D．通过发光二极管LED的电流，不经过光敏电阻RG 【答案】A 【详解】AB．天暗时，电阻比较大，光敏电阻两端的电势差比较大，则输入门电路为高电势，最后灯亮，可知输出端为低电势；天亮时，光敏电阻比较小，则光敏电阻两端的电势差比较小，则输入门电路为低电势，灯熄灭，可知输出端为高电势，可知，该门电路为“非”门．故A错误，符合题意，B正确，不符合题意． C．天更暗时光敏电阻的阻值更大，要使路灯不亮，光敏电阻分担的电压应较小，即让输入端为低电势，此时应该把R1的阻值调大些，故C正确，不符合题意； D．当无光照时，光敏电阻变大，导致非门电路左端电势高，则右端电势低，所以二极管发光，因此通过发光二极管，不经过光敏电阻RG，故D正确，不符合题意． 故选A． 3．如图所示，用小灯泡模仿光控电路，之间为斯密特触发器，为光敏电阻，为可变电阻；为继电器的线圈，为它的常开触点。下列说法错误的是（　　） A．天色变暗时，端输入高电平，继电器吸引，路灯点亮 B．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把的阻值调大些 C．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把的阻值调小些 D．二极管的作用是继电器释放时提供自感电流的通路，防止损坏集成电路 【答案】C 【详解】A．光较暗时，光敏电阻较大，则两端的电势差较大，则端的电势较高，端输入高电平，继电器吸引，路灯点亮，故A正确，不符合题意； BC．当端电势较高时，路灯会亮，为了天更暗时路灯才会亮，应该将端的电势稍稍降低一些，即可以将的阻值调大些，故B正确，不符合题意；C错误，符合题意； D．由电路的结构特点可知，二极管具有单向导电性，作用是继电器释放时提供自感电流的通路，防止电流流过集成电路，造成损坏，故D正确，不符合题意。 故选C。 知识点安全用电原则与触电防护 1.安全用电核心原则 不接触低压带电体，不靠近高压带电体；不弄湿用电器，不损坏绝缘层；更换灯泡、维修电器时断开电源；金属外壳电器必须可靠接地。 2.触电的类型与原理 触电的本质是人体直接或间接接触带电体，形成闭合回路，有电流通过人体造成伤害。人体安全电压为不高于36V，220V家庭交流电远超安全电压，极易造成触电伤亡。 (1)单线触电：人体站在地面接触火线，电流通过人体流入大地，形成回路触电，是家庭最常见的触电方式。 (2)双线触电：人体同时接触火线和零线，电流直接通过人体形成回路，无论是否接地都会触电，危险性极高。 3.触电急救方法 发现有人触电，严禁直接用手拉扯触电者，防止施救者连环触电。首先迅速切断电源，或用干燥木棍、竹竿等绝缘物体将带电体与人体分离；触电者脱离电源后，若出现昏迷、呼吸心跳停止，需立即进行心肺复苏，并及时拨打急救电话。 随学随练 4．小云家的电能表的型号是“DDS112910（40）A”，通过查找资料得知，其中的“10（40）A”的含义是：此表可用于“额定电流”值为10A左右的范围准确计量，使用中最大电流不应超过40A。 不同规格铜芯导线允许通过的电流 横截面积/mm2 直径/mm 时的载流量/A 1.5 1.38 18 2.5 1.78 26 4 2.25 38 6 2.76 44 10 1.307 80 注：载流量较大的导线常用多股铜线，例如横截面积为10mm2的导线就是7股，每股直径为1.30mm。 (1)通过电能表的电流恰好为10A时，家庭消耗的电功率是多少？ (2)连接到电能表上的进户输电线应该使用多大横截面积的铜导线？ 【答案】(1)2200W (2)6mm2的铜导线 【详解】（1）通过电能表的电流恰好为10A时，家庭消耗的电功率为 （2）由于最大电流不应超过40A，铜导线允许通过的电流应略大于最大电流，查表可知，连接到电能表上的进户输电线应该使用横截面积为的铜导线。 5．判断插座中是否通电时可用测电笔来测试。测试时人手拿测电笔末端的金属部分，当测试笔头部碰到火线（相对大地电压）时，测电笔中的氖管会发光，这时电流实际上是由电线经测试笔、人体流到大地的，但人体却是安全的，这是为什么呢？请根据下列数据估算说明原因。已知测电笔（含氖管）的电阻为，人体电阻为几千欧到几十千欧，对人来说安全电压为。（） 【答案】见解析 【详解】测电笔与人体串联，其总电压为，考虑在各种情况下都要确保人体上的电压不超过.根据串联分压原理，当人体电阻取最大值，测电笔电阻取最小值时，加在人体上的电压U最大 所以人体是安全的。 6．光敏电阻是由半导体材料制成的，受到光照射时，其导电性能显著增强。将其与电磁继电器组合，就可用来自动控制街道路灯的开与关。图中所示是自动控制路灯的工作原理图，当光照暗到一定程度时，路灯能点亮。电阻、之一为光敏电阻，另一为定值电阻。当放大电路的输入a端电压升高至某一值时，使经过继电器J的电流增大到受继电器J控制的电键S闭合，路灯就点亮。则_____是光敏电阻，若要提高电路的灵敏度，则_____（选填“增大”或“减小”）定值电阻的阻值。 【答案】 减小 【详解】[1]由自动控制路灯的工作原理图，当光照暗到一定程度时，路灯能点亮。当放大电路的输入a端电压升高至某一值时，使经过继电器J的电流增大到受继电器J控制的电键S闭合，路灯就点亮。当R2是光敏电阻时，若无光照其阻值变大，从而使a端的电压升高，最终将路灯点亮； [2]若要提高电路的灵敏度，即当光很弱时路灯可以点亮，由光敏电阻阻值随光照的减弱而升高，可知定值电阻的阻值应减小。 疑难点高压用电安全与特殊场景用电规范 1.高压用电安全：高压输电线、变压器等设备电压极高，无需接触，靠近即可发生电弧触电、跨步电压触电。严禁在高压设备附近放风筝、攀爬、搭建构筑物，远离高压故障线路。 2.特殊场景用电：潮湿环境(浴室、卫生间)电阻小，触电风险大幅提升，禁止湿手触碰开关、电器；户外用电需做好防水、防雷措施，雷雨天气尽量关闭电器、断开电源。 活学活用 7. 小云家电能表规格为，家用电源电压220V。 横截面积/mm2 直径/mm 时的载流量/A 1.5 1.38 18 2.5 1.78 26 4 2.25 38 6 2.76 44 10 1.307 80 (1)电路中电流为额定计量电流10A时，家中用电器总功率多大？ (2)该家庭电路允许接入的用电器最大总功率是多少？ 答案 (1) (2)最大电流40A， 解析 家庭电路为纯电阻并联电路，总电功率公式；电能表括号内40A为电路安全上限电流，用于计算最大负载功率。 8.使用测电笔接触火线时，测电笔与人体串联接220V电压。取人体最大电阻，计算此时人体两端分得的电压，并判断人体是否安全。 解答 总电阻： 串联电路电流处处相等： 人体分压： ，小于人体安全电压，因此人体安全。 9.填空,简答 (1)测电笔能够保护人体的核心部件是笔内阻值很\\\\\\(选填“大”或“小”)的电阻；测电笔检测火线时，电流路径：火线→笔尖金属体→氖管→笔内大电阻→\\\\__→大地。 (2)简答：若测电笔内部的保护电阻丢失、破损，直接用氖管检测火线，会出现什么危险？ 答案 (1)大；人体 (2)缺少百万欧级大电阻，电路总电阻大幅减小，电路中电流急剧变大，人体两端分压远超36V安全电压，会发生触电事故。 基础通关 1.关于图中家庭电路的连接方式，下列说法正确的是() A.保险丝安装在零线上，发生短路时能保护电路 B.控制灯泡的开关S接在零线上，断开开关后灯泡不带电 C.图中灯泡、两孔插座之间为并联关系，独立工作互不影响 D.更换灯泡时，只断开开关S就可以徒手更换，无需断开总电源 【答案】C 【解析】 A：保险丝必须接火线，零线熔断无法切断火线，电器仍带电，A错； B：开关应接火线，若开关接零线，断开开关灯泡仍连通火线，存在触电风险，B错； C：家庭电路所有用电器并联，各支路电压均为220V，单独通断互不干扰，C正确； D：更换灯泡时，除断开支路开关，建议断开总闸，防止开关故障漏电触电，D错。 2.若电路中两盏灯泡同时不发光，两孔插座也无电，检查发现保险丝熔断，故障大概率是电路发生_____(选填“断路”或“短路”)； 若左侧灯泡开关闭合后灯不亮，插座和右侧灯泡均可正常工作，则故障为左侧灯泡支路_____(断路/短路)。 【答案】短路；断路 【解析】短路时电路总电阻极小，电流过大，保险丝发热熔断切断电路；单纯断路无过大电流，保险丝不会熔断。插座、另一盏灯正常，说明干路火线、零线完好；仅左侧灯不工作，是该支路导线或灯丝断路，支路无电流。若支路短路，保险丝会熔断，所有电器全部断电。 3.结合题图说明：为什么控制电灯的开关必须连接在火线上，不能接零线？ 若图中两孔插座接线颠倒(左火右零)，是否会影响插座上用电器正常工作？存在什么安全隐患？ 【答案】 安全原理：开关接火线时，断开开关，灯泡直接与火线断开，灯泡、灯座均不带电，检修、更换灯泡不会触电； 若开关接零线，断开开关仅切断零线，灯泡依然与火线相连，灯座带电，人接触易发生触电事故。 工作情况：两孔插座仅区分供电，火线零线颠倒后，用电器两端电压仍为220V，电器可以正常通电工作； 安全隐患：插座左插孔本应接零线，颠倒后左孔为火线。若使用两脚插头电器，插拔时手指容易触碰左孔金属片，引发触电。 4.如图光控路灯模拟电路，关于电路元件功能与工作逻辑，下列说法正确的是() A.光照越强，光敏电阻阻值越大，A端为高电平，路灯点亮 B.斯密特触发器输出端Y为低电平时，继电器线圈J中有电流通过 C.图中二极管正常工作时处于导通状态，分担继电器线圈电压 D.继电器常开触点闭合时，小灯泡L两端直接接5V电源 答案：B 解析 A：光照越强，光敏电阻受光激发，阻值越小，A端分压降低为低电平，继电器不吸合，路灯熄灭，A错误； B：Y为低电平时，5V电源与Y端形成电势差，继电器线圈通电，产生磁力吸合触点，B正确； C：继电器线圈正常通电时，二极管阴极接+5V、阳极接Y端，二极管反向截止；仅线圈断电瞬间导通释放自感电流，C错误； D：小灯泡L下端接地，上端通过触点接+5V，两端电压为5V，但并非直接连通电源，受继电器触点控制，描述逻辑错误，D错误。 5.如图 (1)该电路用于楼道光控灯，若想要天色更暗时路灯才点亮，应将可调电阻的阻值\\\\\\(选填“调大”或“调小”)； (2)继电器线圈断电瞬间会产生反向自感电动势，图中二极管的作用是\\\\\\，防止自感高压击穿斯密特触发器集成电路。 答案：(1)调大；(2)为线圈自感电流提供释放通路 解析 (1)串联分压。调大，相同光照下A端电位更低；只有天色更暗、阻值大幅升高，A端电压才能达到触发器触发阈值，路灯点亮。 (2)线圈断电，磁场瞬间消失，产生反向高压自感电动势；二极管单向导通，给自感电流形成回路，消耗线圈储能，避免高压损坏芯片。 6.结合电路回答下列两个问题： (1)简述续流二极管不能省略的安全与电路保护原理； (2)闭合电路后，无论光照强弱，小灯泡L始终不亮，经检测电源、斯密特触发器、光敏电阻支路均正常，写出两种可能的故障。 参考答案 (1)继电器线圈属于电感元件，线圈通电存储磁场能；当斯密特触发器输出由低电平变为高电平时，线圈电流快速消失，会产生很高的反向自感电动势。若无二极管，高压会直接加载到斯密特触发器输出引脚，击穿集成电路芯片；并联二极管后，自感电动势使二极管正向导通，磁场能通过二极管释放，保护触发器。 (2)故障示例(任选两种)： ①继电器线圈J断路，线圈无电流，常开触点始终断开，灯泡无法通电； ②常开触点接触不良/断路，即使继电器吸合，灯泡支路仍断开； ③小灯泡L灯丝断路，灯泡支路无法导通。 7.关于该光控路灯控制电路，下列说法正确的是() A.是光敏电阻，光照越强，阻值越大 B.天色变暗，光敏电阻阻值增大，点电势升高，继电器开关闭合 C.继电器线圈与路灯串联在同一电源上 D.若点电压过低，继电器开关闭合，路灯点亮 答案：B 解析 A：光敏电阻受光照越强，导电能力越强，阻值越小；且天黑需要点电压升高，因此为光敏电阻，A错误。 B：光照减弱，光敏电阻阻值变大，串联分压下两端(点对地)电压升高，放大电路输出驱动继电器，线圈通电吸合，开关闭合，路灯点亮，B正确。 C：继电器线圈属于低压控制回路，路灯是高压工作回路，二者电源相互独立，不串联，C错误。 D：题干规定：端电压升高至阈值，开关闭合；电压过低时开关断开，路灯熄灭，D错误。 8.如图 电路中_____(填/)为光敏电阻； 若想要天色更暗时路灯才会点亮，需要_____(选填“增大”或“减小”)定值电阻的阻值； 继电器属于电磁开关，利用了电流的______效应。 答案：；增大；磁 解析 天黑光敏电阻阻值变大，点电压上升，点下方是，因此是光敏电阻。 串联分压，增大，同等光照下更小；只有天色更暗、阻值大幅升高，才能达到触发电压，路灯点亮。 继电器线圈通电产生磁场，吸合金属开关，利用电流的磁效应。 9.结合电路，回答下列两个问题： (1)简述该电路实现“天黑自动亮灯、天亮自动熄灯”的完整工作过程； (2)路灯主电路为220V市电，低压控制回路为直流低压电源，分析电路将高低压分开设计的安全用电意义。 参考答案 (1)工作过程： ①天亮光照充足：光敏电阻受光照射，阻值很小，点分压低，放大电路输出电流极小，继电器线圈无足够磁力，开关断开，路灯不亮； ②天黑光照减弱：光敏电阻阻值显著变大，点分压升高，放大电路输出大电流，继电器线圈通电产生磁场，吸合开关，接通220V路灯电路，路灯点亮。 (2)高低压分离的安全意义： ①低压控制回路仅为安全直流低压，人体接触回路导线不会发生触电； ②220V市电仅存在于路灯主电路，与低压控制电路电气隔离；即使控制电路出现故障，高压市电不会倒灌进低压控制部分，避免检修控制电路时发生高压触电事故； ③继电器作为隔离元件，用弱电控制强电，实现安全自动控制，符合科学用电的安全规范。 10.关于该光控LED电路，下列说法正确的是() A.光照越强，光敏电阻阻值越大，A端为高电平，LED点亮 B.斯密特触发器输出Y为低电平时，LED两端形成电势差，LED发光 C.电阻作用是放大电流，让LED亮度更高 D.LED发光时，电流从Y端流出，经过LED、回到+5V电源 答案：B 解析 A：光照越强，光敏电阻导电能力越强，阻值越小，A端分压降低为低电平，LED熄灭，A错误； B：Y为低电平时，+5V电源、、LED、Y端形成完整回路，LED有正向电流通过，发光，B正确； C：是限流保护电阻，限制LED电流，防止电流过大烧毁发光二极管，不能放大电流，C错误； D：LED正向导通要求电流从正极流入、负极流出，电流路径：，D错误。 素养提升 11.如图 (1)若想要天色更暗时LED才点亮，应将可调电阻的阻值_____(选填“调大”或“调小”)； (2)发光二极管LED具有\\\\\\导电性，电路中串联电阻的作用是______； (3)光敏电阻属于______传感器，能将光照强弱信号转化为电压电信号。 答案：(1)调大；(2)单向；限制电路电流，保护LED不被烧毁；(3)光 解析 (1)串联分压公式。调大，同等光照下A端电位更低；只有天色更暗、阻值大幅升高，A端电压才能达到触发器触发阈值，LED点亮。 (2)LED单向导通，反向截止；LED额定工作电流很小，若无限流，5V电压会产生过大电流烧坏LED。 (3)光敏电阻可以感知光照强度，属于光传感器，是自动控制电路的信号采集元件。 12.结合电路原理图，回答下列两个问题： (1)完整描述电路“天黑LED自动亮、天亮LED自动熄灭”的工作全过程； (2)从电路安全用电角度，说明限流电阻不可省略的原因。 参考答案 (1)完整工作过程： ①天亮、光照充足：光敏电阻受强光照射，内部载流子增多，阻值大幅减小。串联分压后A点电压很低，斯密特触发器输入低电平，输出端Y变为高电平。LED两端电势几乎相等，无正向电流，LED保持熄灭。 ②天黑、光照减弱：光敏电阻阻值显著增大，A点分压升高至触发器阈值电压。斯密特触发器输入高电平，输出端Y变为低电平。+5V电源经、LED流向Y端，形成正向回路，LED通电发光。 (2)不可省略的安全原因： 发光二极管LED耐受电流极小，直接接5V电源时，电路总电阻极小，瞬间产生超大电流，会直接击穿、烧毁LED。串联后，总电阻增大，回路电流被限制在LED安全工作电流范围内，起到过载保护作用，符合低压控制电路的安全用电设计规范。 迁移创新 13.已知：测电笔电阻，人体最小电阻，火线对地220V。 (1)计算人体电阻最小时，人体两端电压，判断是否安全； (2)使用测电笔时，规范要求手必须接触测电笔末端金属，若手只捏绝缘外壳、不接触尾部金属，氖管能否发光？说明理由。 解答 (1)总电阻： 电路电流： 人体分压： ，人体安全。 (2)氖管不能发光。 理由：手不接触尾部金属，测电笔、人体与大地之间无法形成完整闭合回路，电路中没有持续电流通过氖管，氖管无法发光。 14. 如表 横截面积/mm2 直径/mm 时的载流量/A 1.5 1.38 18 2.5 1.78 26 4 2.25 38 6 2.76 44 10 1.307 80 (1)该户电路最大工作电流40A，查表可知进户铜导线应选用横截面积为\\\\\\的导线； (2)若错误选用导线作为进户线，结合载流量数据说明存在什么用电安全隐患。 答案 (1) (2)导线安全载流量仅38A，小于电路最大安全电流40A。当家中大功率电器同时工作，电路电流超过38A，导线过载发热，绝缘皮加速老化，极易引发短路、火灾，存在严重安全隐患。 解析 导线载流量必须大于电路最大工作电流；4mm²载流量38A＜40A，无法满足电路上限，因此选择载流量44A的6mm²导线。 15.小云家进户线使用铜导线，电能表，市电220V。如表 横截面积/mm2 直径/mm 时的载流量/A 1.5 1.38 18 2.5 1.78 26 4 2.25 38 6 2.76 44 10 1.307 80 (1)家中同时开启一台2000W空调、一台1200W电热水器、多盏照明灯总功率500W，通过计算判断此时电路总电流是否超过电能表安全上限； (2)从科学用电角度，写出两条家庭大功率用电的安全规范。 参考答案 (1)总功率 电路总电流 ，未超过电能表最大安全电流。 (2)安全规范示例： ①多个大功率电器不要同时开启，避免电路总电流过载； ②大功率电器需匹配对应横截面积的专用导线，不可使用细导线接大功率设备； ③电路需匹配额定电流合适的电能表、保险丝/空气开关，起到过载保护作用。 学科网（北京）股份有限公司1/10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $