19.3 跨学科实践：为家庭电路做设计 讲义 2026-2027学年人教版九年级全一册物理

19.3跨学科实践：为家庭电路做设计 一、知识要点 1. 三孔插座与保护接地 三孔插座的接法是"左零右火上接地"：上面的孔通过地线与大地相连。洗衣机、电冰箱等有金属外壳的用电器必须使用三脚插头，使金属外壳可靠接地——一旦内部绝缘破损使外壳带电，电流会经地线导入大地，人接触外壳也不会触电。 2. 住宅电路的设计要素 现代住宅的配电：总开关后分设多条支路（照明、普通插座、厨房、空调等），大功率用电器单独走专线并配专用空气开关；空气开关过载跳闸、漏电保护器在漏电或人触电时快速切断电源，两者作用不同、常常配合使用。设计时还要核算各支路总功率，选择合适规格的导线与开关。 二、主要题型 题型1 三孔插座原理的分析 例1 电热水壶是金属外壳，必须使用三脚插头。说明接地为什么能防止触电。 图1 三孔插座与保护接地 答：若火线绝缘破损接触到金属外壳，外壳带 220 V 电压。外壳接地时，火线经外壳、地线对地短路，电流很大，使空气开关迅速跳闸或保险丝熔断，切断电源；即使未跳闸，人体与地线并联且地线电阻远小于人体，流过人体的电流极小，也能保安全。 点拨：接地的本质是"给漏电电流一条比人体电阻小得多的通路"，并同时触发保护装置动作。 题型2 支路设计核算 例2 某家庭厨房支路需同时使用微波炉 1200 W、电热水壶 1500 W、电饭锅 800 W。若该支路额定电流为 16 A，这样配置是否安全？ 解：总功率 ，总电流 ，接近但未超过 16 A，勉强可用；从安全余量考虑，应避免三者同时使用或升级专线。 点拨：设计核算用 ，且要留出余量——长期接近额定值运行会加速线路老化。 三、易错警示 1. 把地线接到零线上 地线与零线作用不同，错误并接后一旦零线断路，外壳会通过零线带电，十分危险，两者必须分开。 2. 认为有漏电保护器就不必接地 漏电保护器动作需要一定反应时间且可能失灵，接地是"硬件级"防线，两者是互补关系，不能互相替代。 【考点精讲练】 考点一　教材原型实践 【例题精讲】 【例1】（2020·湖南邵阳·模拟预测）在班上开展“生活处处有物理”的观察实践活动中，小明观察了厨房设备。在他所观察到的现象和对现象的解释中，正确的是（　　） A．电水壶的三脚插头，插入三孔插座，防止用电器漏电和触电事故的发生 B．用高压锅煮食物容易熟，是因为锅内气体压强越大，液体沸点越低 C．液化气是利用降低温度的方法使气体液化再装入钢罐中的 D．用煤气炉煲汤，在沸腾时调大火焰能提高汤的温度 【答案】A 【详解】A．三孔插座使用电器接地，可以防止用电器漏电后发生触电事故，故A正确； B．水沸点随气压的增加而升高，故B错误； C．液化气是利用加压液化的方式使气体液化装入气罐中，故C错误； D．水沸腾时，水温会保持沸点不变，不受火力大小影响，故D错误。 故选A。 【例2】（2026·宁夏银川·二模）在“跨学科实践：家庭电路设计”活动中，小静绘制的家庭部分电路设计图（如图），经检查存在问题。下列对设计的分析，正确的是（     ） A．电能表和总开关的连接顺序应为“总开关→电能表” B．双孔插座与三孔插座并联在电路中，能够让电路正常工作 C．开关接在中性线与灯泡之间，断开开关灯泡仍与相线相连，不会引发触电事故 D．三孔插座按“左中性右相上保护”接线，不符合金属外壳用电器的接地保护要求 【答案】B 【详解】A．家庭电路中，进户线进入家庭后，首先应接到电能表上，然后再接总开关，故A错误； B．双孔插座与三孔插座并联在电路中，接法正确，能够让电路正常工作，故B正确； C．控制灯泡的开关应接在相线与灯泡之间，若接在中性线与灯泡之间，断开开关时，灯泡仍与相线相连，容易引发触电事故，故C错误； D．三孔插座应按“左中性右相上保护”的原则接线，是符合金属外壳用电器的接地保护要求，故D错误。 故选B。 【例3】（23-24九年级上·重庆长寿·期末）在课外实践活动中，小明观察到家中电能表的表盘如图所示，此时示数为___________kW·h。用测电笔检测插座时，发现氖管发光，说明测电笔接触的是___________线。 【答案】 5387.5 火 【详解】[1]如图所示，电能表计数窗的最后一位是小数位，此时示数为5387.5kW·h。 [2]根据测电笔的使用可知，用测电笔检测插座时，发现氖管发光，说明测电笔接触的是火线，不发光，则说明接触的是零线。 【基础巩固练】 【变式训练1】（2026·天津河东·一模）在“跨学科实践：为家庭电路做设计”活动中，小明绘制的家庭电路设计图如图所示，其中的元件安装错误的是（     ） A．①② B．②③ C．①③ D．③④ 【答案】C 【详解】①总开关的安装错误：家庭电路正确顺序为进户线→电能表→总开关（含保险装置），图中总开关接在了电能表前方，顺序错误。 ②两孔插座安装正确：两孔插座只需接入相线和中性线，并联接入电路，接法符合要求。 ③灯泡和开关安装错误：为了安全，控制灯泡的开关必须接在相线上（断开开关后，灯泡不带电），图中开关接在了中性线上，接法错误。 ④三孔插座安装正确：三孔插座遵循“左零右火上接地”的规则，上孔接保护线，接法符合要求。 因此安装错误的是①③，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【变式训练2】印刷机和照明灯的连接方式是______（选填“串联”或“并联”），照明灯工作时的电压是______V。 【答案】并联　　220 【详解】[1]家用电器及工厂用电器通常是并联，保证互不影响、电压相同。 [2]照明灯在家庭电路或工厂电路中的工作电压在我国一般是220V。 【变式训练3】在安装家庭电路时，如果不小心使控制白炽灯的开关内的两根电线相接触，闭合开关后熔丝将_____（填“会”或“不会”）熔断；如图为小红手拿测电笔检测电路的示意图，其中正确的是图_____。 【答案】不会　　甲 【详解】[1]开关内两根电线相接触，相当于开关总是闭合，因为灯在电路中，小灯泡发光，不会造成短路。所以熔丝不会熔断。 [2]已知测电笔使用时，手必须接触笔尾金属体，形成通路。由图可知，甲图中手接触笔尾，正确；乙图中手没接触，错误。故选甲。 【能力提升练】 1．（2026·广东江门·一模）在跨学科实践课程中，小明为家庭电路做了如图所示的设计，其中1、2、3、4为四处开关，你觉得不合理的是（    ） A．1 B．2 C．3 D．4 【答案】B 【详解】A．在家庭电路中，电路的总开关应该接在干路中，在电能表之后，故1合理，故A不符合题意； B．三孔插座中，中间的孔接保护线，故2是不合理的，故B符合题意； C．三孔插座的右孔接的是相线，开关3控制的是相线，故3合理，故C不符合题意； D．控制灯泡的开关应该接在相线和灯泡之间，故4合理，不符合题意。 故选B。 2．（2026·江苏泰州·一模）在 “对家庭用电的调查研究” 跨学科实践活动中： 时间 电能表示数 2026年2月18日上午9点 05328.26 2026年2月23日上午9点 05330.06 (1)小明观察到：家中供电箱内（如图）漏电保护开关在线路漏电时自动断开，空气开关在电路超负荷运行或短路时，也自动断开，这两个开关应 ____（选填 “串联” 或 “并联”）在干路上，以保证用电安全。进户线干路较其它导线特别粗，是为了 ____（选填 “增大” 或 “减小”）电阻，防止进户线干路上电流过大时发热过多，引起安全事故。 (2)利用寒假外出旅游期间，小明用电能表测电视机机顶盒的待机功率：关闭家里其他用电器的电源，只让机顶盒处于待机状态，其他数据见表。小明家电视机机顶盒的待机功率为 ____ W。 【答案】(1) 串联 减小 (2)15 【详解】（1）为了同时实现这两种保护功能，且保证只要有一个开关断开就能切断整个干路电源，这两个开关必须串联接入电路中。 进户线干路承担着向整个家庭电路输送电能的总任务，通过的电流通常较大。根据焦耳定律，在电流和时间一定时，导线产生的热量与电阻成正比。为了减少电能损耗并防止导线发热过多引起安全事故，需要减小导线的电阻。导线的电阻与其横截面积成反比，导线越粗（横截面积越大），电阻越小。 （2）这段时间内，电能表的示数从变为了。这段时间内消耗的电能 待机时间 机顶盒的待机功率 3．（2026·吉林·二模）跨学科实践：为家庭电路做设计 【项目分析】 (1)小明家厨房回路计划使用的用电器及其额定功率统计如下表： 用电器 冰箱 电热水壶 电热水器 微波炉 电饭煲 消毒柜 照明灯 额定功率 200 W 800 W 2000 W 1000 W 800 W 200 W 20 W 他查到不同规格铜芯导线在典型家装条件下的“安全载流量”参考值如下表： 导线铜芯截面积 1.5 2.5 4 6 10 “安全载流量”参考值I/A 16 25 32 40 55 ①回路规划：各分支回路用电器之间采用___________联方式连接。从安全角度考虑，控制用电器的开关要连接在___________线和用电器之间，并且应在插座分支回路安装___________，当发生单线触电事故时，该装置迅速切断电路，对人体起到保护作用。这些用电器都使用三脚插头，这样是为了保证用电器连入电路时，其金属外壳与___________相连。 ②器材选型：厨房回路用电器的总功率为___________。为了保证安全，该回路应选用横截面积至少为___________的铜芯导线。 【展示交流】 (2)请从安全用电角度给小明提供一条合理的用电建议：___________。 【答案】(1) 并 火 漏电保护器 大地 5020 2.5 (2)不要同时使用多个大功率用电器 【详解】（1）①家庭电路中各用电器需要独立工作，互不影响，因此它们之间采用并联方式连接。 控制用电器的开关连接在火线和用电器之间，断开开关时用电器与火线断开，可避免触电风险。 插座分支回路安装漏电保护器，当发生单线触电时，其能检测到电流异常并迅速切断电路，保护人体安全。 三脚插头的金属外壳与大地相连，若用电器金属外壳漏电，电流会通过地线导入大地，防止人体触电。 ②总功率 回路总电流 对比导线安全载流量，铜芯导线的安全载流量为25A，大于总电流22.82A，可保证电路安全，因此选用横截面积至少为的铜芯导线。 （2）从安全用电角度，合理建议如：不要同时使用多个大功率用电器，防止电路总功率过大导致电流过大引发火灾；或定期检查家庭电路线路，及时更换老化线路等。 考点二　创新实践提升 【例题精讲】 【例1】（2026·山西·模拟预测）在实践活动中，某同学为家用插线板设计了以下四种电路图，其中最合理的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】家庭电路连接要求：①所有插座必须并联，保证各插座电压为220V，工作互不影响；②开关必须接在相线上，断开开关后切断相线，保证插座不带电，使用安全；③接线规则：两孔插座为左中性线、右相线，三孔插座为上保护线、左中性线、右相线。 故选B。 【例2】（2021·湖南邵阳·一模）在物理实践活动中，学生小明利用家中墙壁上的插座改装成一只壁灯，经测试原插座安装规范，学生小明设计的外墙面板插座接照明灯的电路图符合安全用电原则的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】两孔插座的左孔接零线，右孔接火线。带开关的电灯，开关与电灯串联，且开关接在火线与电灯之间。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【例3】（2024·新疆伊犁·三模）咖啡深受很多人的喜爱。吴老师指导实践小组的同学研究某款家用咖啡机。 (1)家庭电路是____________（选填“交流”或“直流”）电路，咖啡机使用时与家里其他用电器____________（选填“串联”或“并联”）； (2)如图甲是某国产咖啡机，图乙是其简化电路图，咖啡机的铭牌如下表。在额定功率下制作一杯咖啡时，咖啡机可以通过自动控制开关S分别进行打磨和加热。正常打磨咖啡豆时电动机将电能转化为____________，此时通过电动机线圈的电流为____________A； (3)咖啡机是利用电流的____________效应来对水进行加热的，电热丝R的阻值为____________Ω。若忽略热量损失，咖啡机把1L水从20℃加热到100℃，正常工作需要加热____________分钟的时间。 额定电压 220V 电动机额定功率 220W 电热丝额定功率 800W 水容量 1L 【答案】(1) 交流 并联 (2) 机械 1 (3) 热 60.5 7 【详解】（1）[1][2]家庭电路是交流电路，其电压是220V，频率是50Hz。咖啡机使用时与家里其他用电器互不影响，都可以单独使用，所以它们是并联的。 （2）[1]正常打磨咖啡豆时电动机消耗电能，产生机械能，将电能转化为机械能。 [2]由表格数据可知，电动机的额定功率PM=220W，通过电动机线圈的电流 （3）[1]咖啡机工作时将电能转化为内能，所以它是利用电流的热效应来对水进行加热的。 [2]电热丝R的阻值 [3]1L水的质量 m=ρ水V=1.0×103kg/m3×1×10-3m3=1kg 水吸收的热量 Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(100℃-20℃)=3.36×105J 忽略热量的损失，电热丝R消耗的电能 W=Q吸=3.36×105J 正常工作需要的时间 【基础巩固练】 【变式训练1】（24-25九年级上·河北唐山·期末）劳动实践活动中，小明在老师的指导下，使用试电笔试触插座的插孔。如图甲所示，用指尖抵住试电笔尾部的金属体，氖管发光，说明该插孔接在家庭电路的______（选填“火”“零”或“地”）线上、请将图乙中的部分电路连接成符合安全用电原则的家庭电路______。 【答案】 火 【详解】[1]使用测电笔时手必须接触笔尾金属体，氖管发光说明接触的是火线，氖管不发光，说明接触的是零线。 [2]火线首先进入开关，再进入灯泡顶端的金属点，零线直接进入灯泡的螺旋套，这样开关既能控制灯泡，又能在灯泡损坏时，断开开关，切断火线，更换灯泡时更安全；三孔插座的上孔接地线，左孔接零线，右孔接火线，当金属外壳的用电器插入三孔插座时，能使金属外壳接地，防止漏电时发生触电事故，如图所示： 【变式训练2】（25-26九年级上·山西吕梁·期末）跨学科实践 电水壶的温度控制 电水壶通电，水温上升到沸点后，水蒸气使双金属片变形推动蒸汽开关自动断电（下次烧水需重新闭合蒸汽开关）。若蒸汽开关失效，壶内的水会一直烧下去，直至烧干，发热元件温度急剧上升，发热盘底部也有一个双金属片开关，会因为热传导温度急剧上升，膨胀变形，断开电源。图乙是新材料PTC电阻随温度变化的关系图像。若使用PTC加热元件代替电热丝，可以有效防止因为干烧而出现的着火危险。PTC加热元件的自动控制温度性能是可靠的，它靠的是PTC材料自身的电阻变化控制温度，所以现在很多电热水壶采用了PTC加热元件。 (1)电水壶的插头应选用___________（选填“两脚”或“三脚”）插头；电水壶工作时应用了电流的___________效应。 (2)图甲中电水壶，其蒸汽开关与发热盘底部双金属片开关应___________（选填“串联”或“并联”）连接。 (3)如图所示，若用PTC加热元件给水壶加热，通电后PTC加热元件的功率随时间变化的图像正确的是___________。 A． B． C． D． 【答案】(1) 三脚 热 (2)串联 (3)B 【详解】（1）[1]为防止电路漏电使电热水壶的金属外壳带电，发生触电事故，用电器金属外壳必须用导线与三孔插座上的接地线相连，这样电水壶接入电路时，使用的电源插头必须是三脚插头。 [2]电水壶工作时消耗电能，电能转化为内能，应用了电流的热效应。 （2）电热水壶上的各类开关相互影响，只有同时闭合时才能工作，当一个开关断开时，电路就断开，故其蒸汽开关与双金属片开关应串联接在电路中。 （3）由图乙可知，发热材料的阻值随时间的增长，先变小，后变大，再变小，由可知，其功率先变大后变小再变大，图中BD图线都大致符合，由乙图PTC电阻随温度变化，其功率随时间变化的图像，B图对应的时间更准确，故B正确，ACD错误。 故选B。 【变式训练3】（25-26九年级上·山西朔州·期末）跨学科实践 为家庭电路做设计 随着家用电器数量不断增加，小明注意到家中部分线路存在明显的过载隐患。为此小明组建了电路改造小组，严格遵循“需求分析—方案设计—材料准备—施工测试”的科学流程，为自家精心设计了一套具备过载保护功能的插座改造方案。 具体改造步骤如下：①更换为带有保险丝的安全型插座面板；②在配电箱对应回路加装漏电保护装置；③使用测电笔准确区分中性线、相线后进行标准化接线；④对所有电气接头进行绝缘胶带密封处理。 (1)安全型插座面板中的保险丝相对于电路中的导线，具有熔点低、电阻______（选填“大”或“小”）的特点； (2)小明用测电笔区分相线和中性线时，必须让手接触测电笔的______（选填“笔尖”或“笔尾”）金属体，若氖管发光，则说明接触的是______（选填“相”或“中性”）线； (3)新插座安装前，必须切断配电箱中相应回路的开关，当插座分支回路被切断时，照明灯其它分支回路______（选填“会”或“不会”）受到影响。 【答案】(1)大 (2) 笔尾 相 (3)不会 【详解】（1）保险丝相对于电路中的导线，具有熔点低、电阻大的特点，根据，电流过大时，保险丝才能迅速产生较多的热量，自动熔断，切断电路，起到保护电路的作用。 （2）[1][2]测电笔可以区分相线和中性线。使用测电笔区分相线和中性线时，必须让手接触测电笔的笔尾金属体，不能接触笔尖金属体，若氖管发光，则说明接触的是相线，否则不是。 （3）插座和照明灯是并联连接的，互不影响，所以当插座分支回路被切断时，照明灯其它分支回路不会受到影响。 【能力提升练】 1．（2026年山西省忻州市静乐县部分学校中考二模物理试题）在跨学科实践课上，某同学设计了如图所示的家庭电路。经检查发现，电路中缺少了必要的开关，则必须要加装开关的位置是（     ） A．a、b虚线框 B．a、d虚线框 C．b、c虚线框 D．b、d虚线框 【答案】B 【详解】ABCD．根据家庭电路的连接规则：家庭电路的干路顺序为：进户线→电能表→总开关→支路，因此电能表后的干路位置a必须加装总开关，用来控制整个电路的通断，方便电路检修。灯泡作为用电器，需要开关控制通断，且为了安全，开关必须接在火线上，因此接火线的位置d必须加装开关；b是三孔插座的接地线位置、c是灯泡接零线的位置，都不需要加装开关，插座本身并联在电路中，不需要额外加装开关。因此必须加装开关的是a、d，故B符合题意。 故选 B。 2．（2026·河南平顶山·一模）在跨学科实践活动中，小玲所在的兴趣小组对电热水壶进行了研究与计算。 (1)如图所示，电热水壶使用的都是三脚插头，中间较长的脚连接的是_______，插入三孔插座后可将其与家庭电路中_______相连，防止漏电时对人造成伤害。 (2)已知电热水壶的加热效率为84%，把1.25L水从20℃加热至沸腾，电热水壶消耗的电能是多少?[当地大气压为1标准大气压，ρ水=1.0×103 kg/m3，c水=4.2×103 J/（kg·℃）] (3)小玲发现电热水壶的电源线都比较短，上网查询后发现，按照国家标准，电热水壶使用的电源线不能过长，横截面积不能过小。请利用所学的物理知识进行解释。 【答案】(1) 电热水壶的金属外壳 地线 (2) (3)如果电源线较长、横截面积较小，则电源线电阻就会较大，由焦耳定律可知，电源线电阻较大时，相同时间内电源线产生的热量较多，容易造成火灾。 【详解】（1）[1][2]电热水壶使用的三脚插头中，中间较长的脚连接的是电热水壶的金属外壳，插入三孔插座后可将其与家庭电路中地线相连，防止漏电时对人造成伤害。 （2）因为水的体积为 而水的密度为 所以水的质量为 又因为当地的大气压为1标准大气压，因此水沸腾的温度为 所以水吸收的热量为 因此由可得电热水壶消耗的电能为 （3）见答案。 3．（25-26九年级上·辽宁大连·期末）跨学科实践：为家庭电路做设计 【项目提出】 每个家庭用电情况是不一样的，现在给你一个独立的房间，请你根据自己的需求设计一个简单的电路方案。 【项目分析】 （1）分析自己的用电需求 （2）合理规划设计室内的配电分支回路 （3）选择配电器材的型号 【项目实施】 （1）分析自己的用电需求，列举在下表中。 用电器 额定功率P/W 数量 照明灯 15 1 空调 1000 1 空气净化器 85 1 请计算该房间用电总功率为_______W，总电流为_______A。 （2）合理规划配电分支回路，设计电路示意图如下： （3）选择配电器材的型号 ①你认为选择导线时，除了从安全角度考虑导线的粗细外，还需要考虑什么因素？________（写出一个合理因素即可） ②当电路中的电流过大时，空气开关会自动切断电路，起到保护作用。而空气开关的选择需要匹配回路负载和导线，保证用电器、导线都能正常使用。考虑到空调功率较大且用电时间长，将空调插座单独形成回路，由专用的空气开关控制电路通断。国家规定1000W空调配线为铜芯导线，安全载流量是28A（指导线安全范围内的最大电流是28A）。因此所选空气开关的额定电流需要_______28A。（选填“大于”“等于”或“小于”） 【项目拓展】 （1）电能是生产生活中所需要的重要能源，我们要从身边的点点滴滴做起，注意节约用电。请根据你的日常用电情况提出一条节约用电的建议：________。 （2）如图所示的电路示意图，这些用电器同时工作时，会造成空气开关跳闸的情况，分析原因是用电器_______。 【答案】 1100 5 导线的材料 小于 减少用电器待机时间，随手关灯等 总功率过大 【详解】[1][2]如表可知，该房间的总功率为 由可知，电路总电流为 [3]导线的材料会影响其导电性、耐热性等，因此在选择导线时还应考虑导线的材料。 [4]空气开关的额定电流需小于导线的安全载流量（28A），才能在电流超过导线承载能力前切断电路，避免导线过热损坏。 [5]随手关闭不使用的用电器，减少用电器待机时间，从而实现节约用电。 [6]多个大功率用电器同时工作，总功率过大，根据，电源电压不变时，总电流超过空气开关的额定电流，导致跳闸。 【真题回顾】 1．（2026·山东烟台·中考真题）学校要在教室加装两台壁挂式空调，实践小组的同学参与了线路的设计与安装。 (1)设计电路。为了达到较好的效果，空调需要安装在前后墙壁上。同学们设计的两种电路布局如图甲、乙所示，其中 、 是带开关的三孔插座。你认为图____________的设计更合理，理由是____________；图丙是 处带开关的插座的放大图，请用笔画线表示导线完成电路连接_________。 (2)选择导线。查找资料了解铜芯导线在常温下的安全载流量（长时间通电时的最大安全电流）如下表所示。已知每台空调工作时最大输入功率为，家庭电路电压为，则每台空调线路至少应选择横截面积为____________的铜芯导线。 导线横截面积 1.5 2.5 4 6 10 安全载流量 14 28 37 47 68 (3)架设线路。将导线穿入线管，根据线路设计进行架设。你认为制作线管的材料应具有什么特点？（写出两条即可） (4)实践安装。安装开关时，先用剥线钳将导线连接处的绝缘皮剥除，再将线头接入开关，以下压线方式规范的是（     ） A． B． C． D． 【答案】(1) 甲 甲图中两个插座分别由各自的断路器控制，乙图中一个断路器同时控制两个插座，若乙图线路或一台空调故障，则两台都无法工作。 (2)2.5 (3)（1）绝缘性能好（防止漏电）； （2）阻燃/耐高温（防止过热起火）。 (4)A 【分析】本题属于综合考查了电路的综合应用相关知识点。 【详解】（1）[1][2]甲图中，两个三孔插座各配一个断路器，可以分别控制两台空调的通断，便于独立使用和维修，且发生短路等故障时不会相互影响。乙图中，一个断路器同时控制两个插座，若断路器断开或线路故障，两台空调均无法工作，不够灵活、合理。 [3] 带开关的三孔插座连接时，必须遵守 “开关接火线” 的原则，确保断路器断开后插座不带电，保障安全；三孔插座按“左零右火上接地”接线。 断路器接在火线与插座之间，且火线接插座的右孔，零线接左孔，地线接上孔（三孔插座按“左零右火上接地”连接，断路器串联在火线上）。详见下图。 （2）已知每台空调工作时最大输入功率为，家庭电路电压为，由得， 查表可知：横截面积 1.5 mm² 的导线安全载流量为 14A，小于 14.32A，不安全；横截面积 2.5 mm² 的导线安全载流量为 28A，大于 14.32A，符合要求。 因此至少选择 2.5 mm² 的铜芯导线。 （3）线管用于包裹导线，架设在墙体或地面，需要： （1）绝缘：避免导线破损后与墙体接触导致漏电； （2）阻燃：导线过载发热时，线管不易燃烧，防止火灾。 （4）规范压线方式要求： 导线绝缘皮剥除长度适当，裸线头全部插入接线柱，不能有裸露部分在接线柱外； 线头应顺时针弯折，这样拧紧螺丝时导线会被拉紧，不易松脱； 压线牢固，不压住绝缘皮（绝缘皮不能压在接线柱内）。 对照四幅图： A．绝缘皮刚好剥到接线柱边缘、线头顺时针弯折且全部插入，且顺时针旋转螺丝，故A符合题意； B．线头逆时针弯折，弯折方向错误，故B不符合题意； C．线头未弯折，顺时针旋转螺丝，故C不符合题意； D．线头未弯折，且逆时针旋转螺丝，故D不符合题意. 故选A。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 19.3跨学科实践：为家庭电路做设计 一、知识要点 1. 三孔插座与保护接地 三孔插座的接法是"左零右火上接地"：上面的孔通过地线与大地相连。洗衣机、电冰箱等有金属外壳的用电器必须使用三脚插头，使金属外壳可靠接地——一旦内部绝缘破损使外壳带电，电流会经地线导入大地，人接触外壳也不会触电。 2. 住宅电路的设计要素 现代住宅的配电：总开关后分设多条支路（照明、普通插座、厨房、空调等），大功率用电器单独走专线并配专用空气开关；空气开关过载跳闸、漏电保护器在漏电或人触电时快速切断电源，两者作用不同、常常配合使用。设计时还要核算各支路总功率，选择合适规格的导线与开关。 二、主要题型 题型1 三孔插座原理的分析 例1 电热水壶是金属外壳，必须使用三脚插头。说明接地为什么能防止触电。 图1 三孔插座与保护接地 答：若火线绝缘破损接触到金属外壳，外壳带 220 V 电压。外壳接地时，火线经外壳、地线对地短路，电流很大，使空气开关迅速跳闸或保险丝熔断，切断电源；即使未跳闸，人体与地线并联且地线电阻远小于人体，流过人体的电流极小，也能保安全。 点拨：接地的本质是"给漏电电流一条比人体电阻小得多的通路"，并同时触发保护装置动作。 题型2 支路设计核算 例2 某家庭厨房支路需同时使用微波炉 1200 W、电热水壶 1500 W、电饭锅 800 W。若该支路额定电流为 16 A，这样配置是否安全？ 解：总功率 ，总电流 ，接近但未超过 16 A，勉强可用；从安全余量考虑，应避免三者同时使用或升级专线。 点拨：设计核算用 ，且要留出余量——长期接近额定值运行会加速线路老化。 三、易错警示 1. 把地线接到零线上 地线与零线作用不同，错误并接后一旦零线断路，外壳会通过零线带电，十分危险，两者必须分开。 2. 认为有漏电保护器就不必接地 漏电保护器动作需要一定反应时间且可能失灵，接地是"硬件级"防线，两者是互补关系，不能互相替代。 【考点精讲练】 考点一　教材原型实践 【例题精讲】 【例1】（2020·湖南邵阳·模拟预测）在班上开展“生活处处有物理”的观察实践活动中，小明观察了厨房设备。在他所观察到的现象和对现象的解释中，正确的是（　　） A．电水壶的三脚插头，插入三孔插座，防止用电器漏电和触电事故的发生 B．用高压锅煮食物容易熟，是因为锅内气体压强越大，液体沸点越低 C．液化气是利用降低温度的方法使气体液化再装入钢罐中的 D．用煤气炉煲汤，在沸腾时调大火焰能提高汤的温度 【例2】（2026·宁夏银川·二模）在“跨学科实践：家庭电路设计”活动中，小静绘制的家庭部分电路设计图（如图），经检查存在问题。下列对设计的分析，正确的是（     ） A．电能表和总开关的连接顺序应为“总开关→电能表” B．双孔插座与三孔插座并联在电路中，能够让电路正常工作 C．开关接在中性线与灯泡之间，断开开关灯泡仍与相线相连，不会引发触电事故 D．三孔插座按“左中性右相上保护”接线，不符合金属外壳用电器的接地保护要求 【例3】（23-24九年级上·重庆长寿·期末）在课外实践活动中，小明观察到家中电能表的表盘如图所示，此时示数为___________kW·h。用测电笔检测插座时，发现氖管发光，说明测电笔接触的是___________线。 【基础巩固练】 【变式训练1】（2026·天津河东·一模）在“跨学科实践：为家庭电路做设计”活动中，小明绘制的家庭电路设计图如图所示，其中的元件安装错误的是（     ） A．①② B．②③ C．①③ D．③④ 【变式训练2】印刷机和照明灯的连接方式是______（选填“串联”或“并联”），照明灯工作时的电压是______V。 【答案】并联　　220 【变式训练3】在安装家庭电路时，如果不小心使控制白炽灯的开关内的两根电线相接触，闭合开关后熔丝将_____（填“会”或“不会”）熔断；如图为小红手拿测电笔检测电路的示意图，其中正确的是图_____。 【答案】不会　　甲 【能力提升练】 1．（2026·广东江门·一模）在跨学科实践课程中，小明为家庭电路做了如图所示的设计，其中1、2、3、4为四处开关，你觉得不合理的是（    ） A．1 B．2 C．3 D．4 2．（2026·江苏泰州·一模）在 “对家庭用电的调查研究” 跨学科实践活动中： 时间 电能表示数 2026年2月18日上午9点 05328.26 2026年2月23日上午9点 05330.06 (1)小明观察到：家中供电箱内（如图）漏电保护开关在线路漏电时自动断开，空气开关在电路超负荷运行或短路时，也自动断开，这两个开关应 ____（选填 “串联” 或 “并联”）在干路上，以保证用电安全。进户线干路较其它导线特别粗，是为了 ____（选填 “增大” 或 “减小”）电阻，防止进户线干路上电流过大时发热过多，引起安全事故。 (2)利用寒假外出旅游期间，小明用电能表测电视机机顶盒的待机功率：关闭家里其他用电器的电源，只让机顶盒处于待机状态，其他数据见表。小明家电视机机顶盒的待机功率为 ____ W。 3．（2026·吉林·二模）跨学科实践：为家庭电路做设计 【项目分析】 (1)小明家厨房回路计划使用的用电器及其额定功率统计如下表： 用电器 冰箱 电热水壶 电热水器 微波炉 电饭煲 消毒柜 照明灯 额定功率 200 W 800 W 2000 W 1000 W 800 W 200 W 20 W 他查到不同规格铜芯导线在典型家装条件下的“安全载流量”参考值如下表： 导线铜芯截面积 1.5 2.5 4 6 10 “安全载流量”参考值I/A 16 25 32 40 55 ①回路规划：各分支回路用电器之间采用___________联方式连接。从安全角度考虑，控制用电器的开关要连接在___________线和用电器之间，并且应在插座分支回路安装___________，当发生单线触电事故时，该装置迅速切断电路，对人体起到保护作用。这些用电器都使用三脚插头，这样是为了保证用电器连入电路时，其金属外壳与___________相连。 ②器材选型：厨房回路用电器的总功率为___________。为了保证安全，该回路应选用横截面积至少为___________的铜芯导线。 【展示交流】 (2)请从安全用电角度给小明提供一条合理的用电建议：___________。 考点二　创新实践提升 【例题精讲】 【例1】（2026·山西·模拟预测）在实践活动中，某同学为家用插线板设计了以下四种电路图，其中最合理的是（　　） A． B． C． D． 【例2】（2021·湖南邵阳·一模）在物理实践活动中，学生小明利用家中墙壁上的插座改装成一只壁灯，经测试原插座安装规范，学生小明设计的外墙面板插座接照明灯的电路图符合安全用电原则的是（　　） A． B． C． D． 【例3】（2024·新疆伊犁·三模）咖啡深受很多人的喜爱。吴老师指导实践小组的同学研究某款家用咖啡机。 (1)家庭电路是____________（选填“交流”或“直流”）电路，咖啡机使用时与家里其他用电器____________（选填“串联”或“并联”）； (2)如图甲是某国产咖啡机，图乙是其简化电路图，咖啡机的铭牌如下表。在额定功率下制作一杯咖啡时，咖啡机可以通过自动控制开关S分别进行打磨和加热。正常打磨咖啡豆时电动机将电能转化为____________，此时通过电动机线圈的电流为____________A； (3)咖啡机是利用电流的____________效应来对水进行加热的，电热丝R的阻值为____________Ω。若忽略热量损失，咖啡机把1L水从20℃加热到100℃，正常工作需要加热____________分钟的时间。 额定电压 220V 电动机额定功率 220W 电热丝额定功率 800W 水容量 1L 【基础巩固练】 【变式训练1】（24-25九年级上·河北唐山·期末）劳动实践活动中，小明在老师的指导下，使用试电笔试触插座的插孔。如图甲所示，用指尖抵住试电笔尾部的金属体，氖管发光，说明该插孔接在家庭电路的______（选填“火”“零”或“地”）线上、请将图乙中的部分电路连接成符合安全用电原则的家庭电路______。 【变式训练2】（25-26九年级上·山西吕梁·期末）跨学科实践 电水壶的温度控制 电水壶通电，水温上升到沸点后，水蒸气使双金属片变形推动蒸汽开关自动断电（下次烧水需重新闭合蒸汽开关）。若蒸汽开关失效，壶内的水会一直烧下去，直至烧干，发热元件温度急剧上升，发热盘底部也有一个双金属片开关，会因为热传导温度急剧上升，膨胀变形，断开电源。图乙是新材料PTC电阻随温度变化的关系图像。若使用PTC加热元件代替电热丝，可以有效防止因为干烧而出现的着火危险。PTC加热元件的自动控制温度性能是可靠的，它靠的是PTC材料自身的电阻变化控制温度，所以现在很多电热水壶采用了PTC加热元件。 (1)电水壶的插头应选用___________（选填“两脚”或“三脚”）插头；电水壶工作时应用了电流的___________效应。 (2)图甲中电水壶，其蒸汽开关与发热盘底部双金属片开关应___________（选填“串联”或“并联”）连接。 (3)如图所示，若用PTC加热元件给水壶加热，通电后PTC加热元件的功率随时间变化的图像正确的是___________。 A． B． C． D． 【变式训练3】（25-26九年级上·山西朔州·期末）跨学科实践 为家庭电路做设计 随着家用电器数量不断增加，小明注意到家中部分线路存在明显的过载隐患。为此小明组建了电路改造小组，严格遵循“需求分析—方案设计—材料准备—施工测试”的科学流程，为自家精心设计了一套具备过载保护功能的插座改造方案。 具体改造步骤如下：①更换为带有保险丝的安全型插座面板；②在配电箱对应回路加装漏电保护装置；③使用测电笔准确区分中性线、相线后进行标准化接线；④对所有电气接头进行绝缘胶带密封处理。 (1)安全型插座面板中的保险丝相对于电路中的导线，具有熔点低、电阻______（选填“大”或“小”）的特点； (2)小明用测电笔区分相线和中性线时，必须让手接触测电笔的______（选填“笔尖”或“笔尾”）金属体，若氖管发光，则说明接触的是______（选填“相”或“中性”）线； (3)新插座安装前，必须切断配电箱中相应回路的开关，当插座分支回路被切断时，照明灯其它分支回路______（选填“会”或“不会”）受到影响。 【能力提升练】 1．（2026年山西省忻州市静乐县部分学校中考二模物理试题）在跨学科实践课上，某同学设计了如图所示的家庭电路。经检查发现，电路中缺少了必要的开关，则必须要加装开关的位置是（     ） A．a、b虚线框 B．a、d虚线框 C．b、c虚线框 D．b、d虚线框 2．（2026·河南平顶山·一模）在跨学科实践活动中，小玲所在的兴趣小组对电热水壶进行了研究与计算。 (1)如图所示，电热水壶使用的都是三脚插头，中间较长的脚连接的是_______，插入三孔插座后可将其与家庭电路中_______相连，防止漏电时对人造成伤害。 (2)已知电热水壶的加热效率为84%，把1.25L水从20℃加热至沸腾，电热水壶消耗的电能是多少?[当地大气压为1标准大气压，ρ水=1.0×103 kg/m3，c水=4.2×103 J/（kg·℃）] (3)小玲发现电热水壶的电源线都比较短，上网查询后发现，按照国家标准，电热水壶使用的电源线不能过长，横截面积不能过小。请利用所学的物理知识进行解释。 3．（25-26九年级上·辽宁大连·期末）跨学科实践：为家庭电路做设计 【项目提出】 每个家庭用电情况是不一样的，现在给你一个独立的房间，请你根据自己的需求设计一个简单的电路方案。 【项目分析】 （1）分析自己的用电需求 （2）合理规划设计室内的配电分支回路 （3）选择配电器材的型号 【项目实施】 （1）分析自己的用电需求，列举在下表中。 用电器 额定功率P/W 数量 照明灯 15 1 空调 1000 1 空气净化器 85 1 请计算该房间用电总功率为_______W，总电流为_______A。 （2）合理规划配电分支回路，设计电路示意图如下： （3）选择配电器材的型号 ①你认为选择导线时，除了从安全角度考虑导线的粗细外，还需要考虑什么因素？________（写出一个合理因素即可） ②当电路中的电流过大时，空气开关会自动切断电路，起到保护作用。而空气开关的选择需要匹配回路负载和导线，保证用电器、导线都能正常使用。考虑到空调功率较大且用电时间长，将空调插座单独形成回路，由专用的空气开关控制电路通断。国家规定1000W空调配线为铜芯导线，安全载流量是28A（指导线安全范围内的最大电流是28A）。因此所选空气开关的额定电流需要_______28A。（选填“大于”“等于”或“小于”） 【项目拓展】 （1）电能是生产生活中所需要的重要能源，我们要从身边的点点滴滴做起，注意节约用电。请根据你的日常用电情况提出一条节约用电的建议：________。 （2）如图所示的电路示意图，这些用电器同时工作时，会造成空气开关跳闸的情况，分析原因是用电器_______。 【真题回顾】 1．（2026·山东烟台·中考真题）学校要在教室加装两台壁挂式空调，实践小组的同学参与了线路的设计与安装。 (1)设计电路。为了达到较好的效果，空调需要安装在前后墙壁上。同学们设计的两种电路布局如图甲、乙所示，其中 、 是带开关的三孔插座。你认为图____________的设计更合理，理由是____________；图丙是 处带开关的插座的放大图，请用笔画线表示导线完成电路连接_________。 (2)选择导线。查找资料了解铜芯导线在常温下的安全载流量（长时间通电时的最大安全电流）如下表所示。已知每台空调工作时最大输入功率为，家庭电路电压为，则每台空调线路至少应选择横截面积为____________的铜芯导线。 导线横截面积 1.5 2.5 4 6 10 安全载流量 14 28 37 47 68 (3)架设线路。将导线穿入线管，根据线路设计进行架设。你认为制作线管的材料应具有什么特点？（写出两条即可） (4)实践安装。安装开关时，先用剥线钳将导线连接处的绝缘皮剥除，再将线头接入开关，以下压线方式规范的是（     ） A． B． C． D． 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $