19.3 跨学科实践：为家庭电路做设计（分层作业本）-【众相原创】2026-2027学年新教材九年级全一册物理分层练（人教版）广西专版

第3节跨学科实践：为家庭电路做设计 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。 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？ 项目实施 1.请你调查并记录目前家中主要用电器的使用情况，记录相应的信息。 家用电器 功率/kW 数量 2.尝试设计家庭配电分支回路 (1)分支回路设计 分支回路名称 用电器及数量 总功率/W 断路器 (2)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？ 展示交流 等级 评价维度 A B C 设计科学性 安全防护性 设计合理性 经济适用性 成果展示 111 综合训练 1.(1)如图为小军同学家的家庭电路的电路图。在虚线框①②③处安装设备的顺序正确的是 A.保险丝总开关电能表 B.电能表总开关保险丝 C.总开关电能表保险丝 D.总开关保险丝电能表 (2)小军想让家里厨房的油烟机自动控制通断，当燃气浓度过高时，油烟机就会被触发，同时可以 自动启动排风设备，保证安全。为了实现这一功能，可以在油烟机控制电路中加装一个 电阻，该电阻是由 (选填“半导体”或“超导”)材料制成的。 (3)家庭电路中进户线的末端部分甲和乙可以 A.连入到邻居家电路B.连在一个插座上 C.连在一个开关上 D.直接连到一起 相线 中性线 保护线 尸线 ”性线 USB接口 甲 第1题图 第2题图 2.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 U$B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。 3.小华家新买了一台电暖器，部分参数如表所示，通过调节旋钮，可实现高温挡和低温挡的切换。她 结合所学知识进行了研究。 关 低温挡 额定电压 220V 高温挡 高温挡功率 2000W 低温挡功率 800W 第3题图 (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 的方式来增大空气的内能： (2)小华家墙上的插座允许通过的最大电流为0A,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。 112专题小练9测量小灯泡的电功率 某一位置的过程中，滑动变阻器接人电路的电阻变小，根据 中温挡对应电阻R工作，则P,=P+=400W 1.(1)如答图所示(2)断路(3)电压2.5(4)0.30.75 欧姆定律可知，此过程中电路中的电流增大，由图乙可知，通 则R的功率P2=P高-P,=1280W-400W=880W (5)增大 过灯泡的电流增大，灯泡两端的电压也增大，但灯泡两端的 电压增加比通过灯泡的电流增加得更快，由欧姆定律可知， 根据P=二可得，两个电热丝的电阻分别为R- V2(220V)2 R 400W 小灯泡的灯丝阻值越来越大，故C错误，滑片从最右端向左 1210,R,=0-220v)2 移动到某一位置的过程中，滑动变阻器接人电路的电阻变 P,880w=552 串联总电阻R串=R,+R2=1212+552=1762 小，当小灯泡正常发光时，电路中的电流最大，则滑动变阻器 接人电路中的电阻最小。由图乙可知，小灯泡两端的电压为 低温挡的额定功率P低= 2_(220V)2 =275W R电1762 第1题答图 2.5V时，通过的电流为最大电流0.25A,此时滑动变阻器两 5.解：(1)当只闭合开关S,时，只有R,工作，此时总电阻最大 2.(1)如答图甲所示(2)1.2(3)20(4)如答图乙所示 端的电压为Up=U-U1=U-U=4.5V-2.5V=2V,通过滑 U 增大 动变阻器的电流为最大电流，则滑动变阻器接入电路中的最 总功率最小，打印笔处于低温挡，此时电路中的电流1，=尺 ↑I/A 0.6 Up 2V 小阻值为R后025A8.放D正确。放选AD。 01A 0.4 18.解：(1)由P=U1可得，小灯泡的颜定电流1领 P领-3W (2)开关S,、S,均闭合时，R,与R,并联，此时总电阻最小，总 0.2 U每6V 功率最大，打印笔处于高温挡，R1的功率P低=U,=5V×1A= 0.5A U/V 5 W (2)当三个开关均闭合时，电阻R。与小灯泡L并联，电源电 高温挡和低温挡的功率之比为3：2，即P:P低=(P,+P2):P= 第2题答图 压U=U额=6V,此时通过小灯泡的电流为额定电流1=I= 3:2 (1)A电压表0.610.4(2)(C-0,) 0.5A 所以高温挡下，R,与R,的功率之比P,:P,=2:1 Ro 通过电阻R。的电流。=1-1=1.5A-0.5A=1A R,的功率P=2P=2×5W=2.5W 4.(1)如答图所示(2)短路 (3)B0.625(40 Ro 载据欧姆定得：只可祥，电E儿的阻位为风一之 处于高温挡时，通电1min,R,产生的热量Q,=W=P,t=2.5W× 62 1×60s=150J Ro (3)当闭合开关S,断开开关S,和S,时，电阻R。与滑动变阻 (3)高温挡的功率P=P+P2=5W+2.5W=7.5W 器串联，要使电路的总功率最小，电路的总电阻必须最大 只要求将高温挡的功率提升20%，此时高温挡的功率P'= 当滑动变阻器R,=20Ω时，电路总电阻最大，此时电路的最 Ps(1+20%)=7.5W×1.2=9W 大总电阻R总m=R。+R1m=62+202=262 方法一： 电路的最小总功率PmR 2(6V)2 ≈1.38W P,=P声'-P南=9W-7.5W=1.5W 262 2(5V)2 第4题答图 专题小练11多挡位家用电器类相关 再并联-个电阻，该电阻的阻值-只3W16.70 专题小练10电功率相关动态 判断及计算 即在R,两端再并联一个阻值约为16.7Ω的电阻，且受开关 S,控制 电路分析与计算 1.保温1512.52.高26403.5527.5 方法二： 1.AD2.B3.C4.D5.变大变大变大6.BD 4.解：(1)当S,断开，S、S,闭合时，电阻R与R,并联，总电阻 P2'=P'-P,=9W-5W=4W 7.AD8.6R,9.3100.210.202:96 最小，电功率最大，为高温挡；当S1、S,断开，S,闭合时，仅R 11.D12.B13.1:29:814.4:14015.B16.C 在电路中工作，为中温挡 用另外一个电阻营换R,该电阻的阻值飞=（ 17.AD【解析】小灯泡的额定电压为2.5V,由图乙可知，此时 (2)高温挡正常工作15min消耗的电能W=P声t=1280W×15× 6.252 通过灯泡的电流即额定电流为0.25A,小灯泡的额定功率 60s=1.152×10°J 即将电阻R,换成阻值为6.25Ω的电阻 P领=1领U缬=0.25A×2.5V=0.625W,故A正确；在电路安 (3)当仅闭合S2时，R,和R2串联，此时电路中总电阻最大，电 专题小练12电热综合类相关计算 全的前提下，电路中的最大电流等于小灯泡的额定电流 功率最小，电煮锅处于低温挡 1.1×1075.6%2.12.1413.252.51280 0.25A,电路的最大功率Pm=领U=0.25A×4.5V= 高温挡时，R1和R并联，总功率等于各支路功率之和，即P= 1.125W,故B错误：由图甲可知，滑片从最右端向左移动到 P+P, 4解：(1)由P=U1可得电动机正常工作时的电流1=P 参考答案 参考 10×103W 500W×60s=3×104J 能，使热敏电阻温度升高。由图丙可知，到特定温度T。附 =20A 500V (3)中药液吸收的热量为Q=cm△1=4.0×10J/(kg·℃)× (2)充满电可储存50kW·h的电能，电动机效率为90%，则 近，热敏电阻的阻值随温度升高丽陡增，根据P知，在电 200×10-3kg×(45℃-5℃)=3.2×10J 最多输出的机械能W机=m,W电=90%×50×3.6×10J=1.62× 源电压·不变时，电阻R陡增，功率P迅速减小，产生的热量 10J 得，低温挡工作8mim电流做的功W=Ps 迅速减少。当产生的热量与向周围环境散失的热量相等时， (3)若上述机械能用效率为25%的新型燃油汽车提供，根据)= 8×60s=4.8×104J 温度就自动保持在一个特定温度 W×10%可得，新型燃油完全燃烧放出的热量Q:= s×100% 此过程的加热效率刃W 3.2×104J 第十九章生活用电 Q 12 100%≈66.7% 4.8×10J 第1节安全用电 1.62x10J6.48×10J,根据Q=m9可得，需要消耗新型燃 第十八章 复习与提高 25% 1.总功率过大乙2.短路短路3.并联短路过大 ①电能表②度③3.6×10④U⑤PR⑥快慢 4.220365.D6.电弧触电跨步电压触电 油的质量m燃速= 数648x10J-12.96kg g5×10J/kg ⑦时间⑧1000⑨U1⑩1'R①电②内B二次方 7.C8.C9.A10.A11.B 5.解：(1)当开关S,闭合时，电路为电阻R,的简单电路，电茶炉 ④电阻⑤通电时间6TRt 12.不会会13.短路断路 处丁个火当话可果水 1.B2.C3.C4.D5.热5406.12562.57.AD 第2节家庭电路的基本组成 =1002 8.(1)b断路(2)1.26.251(3)增大(4)选电压表， 1.相不能不能2.并总功率过大3.导体丙相有 (2)当开关S,断开、S,接b时，电路为电阻R,和R2的串联电 理由是：待测物体温度越高，电压表示数越大（或选电流表，理 4.会5.C6.③漏电保护器7.A8.B9.B10.B进 路，电茶炉处于“保温”挡，根据P= 由是：待测物体温度越高，电流表示数越小) 可得，Rs=R+R,P3 户中性线断路会11.会2012.如答图所示 9.B10.A11.CD12.S,保温13.532860：1 相线 (220V)2 =2002 14.解：(1)若R与R。阻值相等，则电路中的总电阻R点=R+R。= 中性线 242W 保护线 202+202=402 则电阻R2的阻值为R2=R台-R,=2002-100Ω=100D 当开关S,闭合、S2接a时，电路为电阻R,和R2的并联电路， 电路中的电流1=R。40 12V =0.3A 电茶护处于“大火"挡。则R,的电功率为P,=-20V) R消耗的电功率PR=PR=(0.3A)2×202=1.8W 第12题答图 R,1002 U 484W (2)当电路中电流为0.15A时，电路中的总电阻R。'= 第3节跨学科实践：为家庭电路做设计 根据并联电路电功率的关系可知，该茶炉在“大火”挡的功率 项目分析 12V P大=P+P2=484W+484W=968W =802 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， 0.15A (3)水吸收的热量Q=c*m△=4.2×103J/(kg·℃)×500× 然后合理规划并设计室内的配电分支回路：最后还可对家庭电 压敏电阻R的阻值R'=R。'-R。=802-202=60D 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 103kg×80℃=1.68×103J 由图丙可知，当压敏电阻的阻值为60Ω时，对应的压力为 互匹配。 1N,即芒果的重力为1N,所以此装置能筛选出重力至少为 “大火”挡的电功为W+ QE1.68x10J=2.1×10J 80% 项目实施 1N的芒果 2.(2)根据P=U1可知，总功率越大时，电流越大。所以分支总 由P=”可得，“大火”挡加热时间为 _W大_2.1×103 ≈217s (3)根据图丙可知，当芒果的重力为2N,也就是检测装置所 P大968W 功率大的回路应选择粗一些的导线。但是横截面积越大的导 受压力为2N时，压敏电阻的阻值为40Ω 6.解：(1)根据电路图，当选择开关接B、C时，只有电阻R,接入 线，经济成本越高。所以应该综合考虑经济成本、实际需求等 则需要R,的阻值R,'=R信'-R”=802-402=40D 电路，电路电阻较大，电路电功率较小，为低温挡：当选择开关 因素。 即适当增加R。的阻值，可以筛选出重力至少为2N的芒果 接C、D时，R,与R2并联接入电路，电路电阻较小，电路电功 综合训练 15.(1)扩散 率较大，为高温挡。 1.(1)A(2)气敏半导体（3)B 低温挡的电功率为P=P,R4840 UU2(220V)2 解(2)根据P=可知，电路电阻值R==20y) 2.如答图所示 =100W R P 5 W 相线 96802 中性线 (2)高温挡的总功率为P=P,+P,=100W+20Y) =100W+ 1212 根据W=P可知，工作10h消耗电能W=P=5×103kW× 保护线 400W=500W 10h=0.05kW·h USB接口 由P=”得，高温挡工作1mn电流做的功为W与=P1 (3)不使用电器时拔掉插头 (4)蚊香器通电后，电流通过热敏电阻做功，电能转化为内 第2题答图 答案 参考答案 3.(1)保护热传递 6.D7.D8.B9.如答图所示 4.如答图所示 解：(2)电暖器工作时的最大电流为1= 2000W≈9.1A< N U220V N< 10A +电源 所以此插座能满足该电暖器正常使用 第9题答图 (3)一天耗电W=W高+W低=P高t高+P低t低=2kW×2h+0.8kW× 第4题答图 10.如答图所示 4h=7.2kW.h 5.如答图所示 (4)同时使用电饭锅和电磁炉，总功率较大，根据1= ,电路 HL 中总电流较大，根据焦耳定律Q=子，干路导线相同时间内 第10题答图 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 11.B 第十九章复习与提高 第3节电磁铁 电磁继电器 地理南极 第5题答图 ①用电器总功率过大②短路③高压电弧④跨步电压 1.C ⑤切断电源⑥低压⑦高压⑧及时更换⑨接地①大 2.(1)吸引大头针的个数S(2)更少电流大小(3)强 6.如答图所示 ①低2电流B相④中性522060⑦相线⑧按住 (4)电铃（合理即可） 金属笔卡⑩笔尖①中性线@相线2金属外壳四相 3.磁性下下面4.A5.BC6.B7.D ④切断5电能表西总开关②⑦保险装置四用电器 8.电铃响，红灯亮导体9.S逆亮10.S流人需要 1.B2.漏电保护器空气开关3.AC4.BD5.笔尖相线 第4节电动机 6.保护必须7.相线保护线8.AB9.AD10.电流 1.(1)磁场(2)通电导体(3)相反磁场方向(4)相反 第6题答图 相线 电流方向(5)不能 第二十章电与磁 2.B3.通电导体通过两边框的电流方向相反换向器4.B 7.如答图所示 5.D6.C7.左右往复磁场电能8.D 第1节磁现象磁场 专题小练13电磁作图 1.D2.D3.C4.D5.如答图所示 1.如答图所示 第7题答图 8.如答图所示 ①> (S)(N) 第5题答图 第1题答图 S) 11 6.B7.D8.A9.D10.C11.AD12.B 2.如答图所示 第2节电生磁 电源 第8题答图 N 1.磁场相反电流方向导线没有与小磁针平行放置 2.(1)方向(2)条形磁体左(3)电流方向 9.如答图所示 3.D4.S极B5.如答图所示 第2题答图 3.如答图所示 N陀螺 30 第5题答图 第3题答图 第9题答图 参考答案 10.如答图所示 第5节跨学科实践：制作简易直流电动机 ⑨磁性0北(N)极①S2南极B北极④与电流方向 项目分析 有关的磁场⑤条形磁体6电流方向⑦右手⑧电流 1.可以选择直径约0.5mm的漆包线作为导线，原因是漆包线表 ⑨N(北）①铁芯①电流2匝数雪电磁铁4电流 面有绝缘漆，可避免线圈匝间短路。线圈匝数以5~10匝为宜， 巧磁场6转子⑦定子四电流9电0机械①磁场 或 电 匝数过少磁场产生的作用力较小，匝数过多线圈会过重且电阻 ②切割磁感线运动3磁场方向④导体切割磁感线的方向 源 会增大。 5机械0电⑦50 2.从方便制作的角度，定子通常为磁体，可以用强磁体、一块蹄 1.A2.发电机电动机3.C4.C5.南不重合 第10题答图 形磁体或两块条形磁体作为定子。 6.A7.SL28.A9.AC 10.如答图所示 转子就是通电线圈。设计时磁体固定于底座上，线圈放在支架 11.如答图所示 (曲别针)上，确保转动时摩擦力较小。 3.可以把导线的一端刮去全部绝缘漆，另一端刮去半周绝缘漆， 来保证线圈持续转动 项目实施 第10题答图 (红)灯 2.把一段粗漆包线绕成约3cm×2cm的矩形（或椭圆形）线圈， 11.如答图所示 (N) 工作电源 作为转子：从线圈的两端各拉出约2cm的漆包线作为转轴：用 控制电源 小刀刮去线圈两端引线的漆皮，把左端全部刮掉，右端只刮半 (N) 第11题答图 周：用硬金属丝做两个支架，固定在硬纸板上，两个支架分别与 电源 (+) 电池的两极相连。最后将线圈放在支架上，将强磁体放在线圈 第11题答图 12.如答图所示 下面的硬纸板上。 12.电磁铁吸引大头针的数量减少 信号灯 综合训练 13.不偏转偏转 色 1.(1)N(2)向上(3)机械(4)电流 14.(1)切割磁感线(2)左(3)增大导体棒的切割速度（或换 2.(1)能切断线圈中的电流(2)电流（或磁场）(3)磁场太 用磁性更强的U形磁铁) o电源 弱（或电流太小或摩擦力过大或开始时线圈处于平衡位置） 15.解：(1)由图乙知当空气质量指数K=50时，气敏电阻R的阻 压力传感器 换用较强的磁场（或增大电流或轻推线圈或在转轴处加润滑 值为100Ω，气敏电阻R与定值电阻R。串联 o电源o 油) nU。6V-U 第12题答图 3.(1)持续转动(2)①将线圈拨转一定角度②增大电源电 则=0。，即200=10o2,解得o=1V 压(3)①只改变电流方向②只改变磁场方向(4)改变 (2)当电流表示数为0.15A时，电路报警，电路中的总电阻 13.如答图所示 电路中电流的大小 Re=U=-GV A00中 s中B 第6节 磁生电 70.15A400 ☒ 所以气敏电阻接人电路中的阻值R'=R-R=40Ω-20Ω= 1.D2.B 电源十 202 3.(1)铜棒(2)灵敏电流计的指针是否偏转(3)①闭合 第13题答图 此时气敏电阻R消耗的电功率P=R'=(0.15A)2×202= ②切割磁感线运动(4)变化有关(5)①不同②有关 0.45W 4.D5.D6.A7.③④发电机 14.如答图所示 (3)使空气质量指数K=150时，气敏电阻的阻值”=302， 8.感应电流电动机相反 电路报警电流仍为0.15A,则此时电路中的总电阻仍为 9.线圈在磁场中做切割磁感线运动将小灯泡换成灵敏电流 402 计，重复以上实验，观察两次电流计的指针偏转方向是否相同 所以R,接人的阻值R'=R。-R”=402-302=102,所以可 (或将小灯泡换成发光二极管，重复以上实验，观察发光二极 以将定值电阻R。换成10Ω的电阻 ■ 管是否都发光) m 如果不更换电阻，需电路报警电流不变，仍为0.15A 车库地面 电源 第二十章复习与提高 则电源电压为U'=1(R+R")=0.15A×(202+302)=7.5V 第14题答图 ①铁②钴③镍④强⑤南极⑥北极⑦排斥⑧吸引 所以也可以将电源电压调为7.5V 参考答案 参考答案