四、家庭电路与安全用电 （教学课件）物理新教材苏科版九年级下册

物理九年级下册 •苏科版 第十五章 电功和电热 四、家庭电路与安全用电 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 家庭电路的组成；触电的类型；测电笔；家庭电路的保护措施。 02 科学思维 分析地线的作用，从而明确家庭电路保护措施的原理。 03 科学探究 设计实验演示电路过载现象，并分析其发生的原因。 04 科学态度与责任 举例引导学生观察家庭电路的组成；养成安全用电的习惯。 教学重难点 教学难点 教学重点 1.家庭电路的组成； 2.安全用电常识； 3.电路短路与电路过载。 1.家庭电路中的电路故障； 2.分析电路过载现象。 前面我们学习了串联电路和并联电路，那么家庭电路的组成是怎样的呢？我们该如何安全用电？让今天我们一起来学习家庭电路与安全用电。 课堂引入 知识点1 家庭电路的组成 家庭电路主要包括进户线（来自电网的电源线）、电能表、配电箱（内有总开关和支路开关）、插座、用电器等，图 15-16 是其结构示意图。 探索新知 知识点1：家庭电路的组成 家庭电路中各个用电器的连接 家庭电路中各个用电器都是一端接在火线上，另一端接在零线上，即这些用电器是并联的，如图15-17所示。这样，当一个支路发生断路时，其他支路仍能工作。例如，台灯开关断开并不影响电视机等其他用电器正常工作。 如L2这个所在的支路发生断路时，其他支路仍能工作。 举例 家庭电路使用交流电源，火线（L）和零线（N）之间的电压是 220 V。为保障用电安全，家庭电路还设有地线（E），它与大地相连。 家庭电路 交流电源 220 V A ．a 线和 b 线间的电压是 36V B ．开关串联在火线与灯泡 L 之间 C ．电能表是测量家庭电路中用电器 总功率的仪表 D ．台灯与电视机接入电路时，是串联关系 例1 如图所示为家庭电路的简化电路图，若该电路中各处的连接都是正确的，则关于该家庭电路，下列说法中正确的是 ( ) B 典例分析 【解析】在家庭电路中，首先接入的是电能表，安装在进户线之后；直接接在火线和零线之间的是插座，用于连接可移动的用电器；开关用于控制电路的通断，应安装在火线上，灯泡是用电器，应与开关串联，故ACD错误，B正确。 故选B。 典例分析 例2 家庭电路的部分电路如图所示，家庭电路中火线和零线之间的电压为 V，进户线 （选填“ 甲”或“ 乙”）是火线；只闭合开关S1 ， L1 正常发光，再闭合开关S2 ，L1 马上熄灭，如果故障出在L2 上，则可能是L2 （选填“ 断路”或“短路”）。 220 甲 短路 典例分析 【解析】由生活常识可知，我国家庭电路中火线和零线之间的电压为220V。 家庭电路中，开关必须接在火线上，断开开关时用电器才会不带电，图中两个开关都连接在进户线甲上，因此甲是火线。 若L2断路，只会导致L2不工作，L1仍然正常发光；若L2短路，闭合S2后会直接将火线零线连通，造成整个电路短路，L1熄灭，因此故障是L2短路。 典例分析 知识点2 安全用电常识 我们知道，人体是导体，只要有电压加在人体上，就会有电流通过。通常所说的“触电”是指一定强度的电流通过人体引起的伤害事故。 安全用电包括人身安全和电路安全两个方面。 知识点2：安全用电常识 触电 单线触电与双线触电 人体触电可能是单线触电，也可能是双线触电。 如图15-18所示。单线触电时，人体接触火线或漏电的用电器，火线或漏电的用电器通过人体与大地构成通路。 双线触电时，人体的两个部位（如两只手）分别接触火线和零线，火线通过人体与零线相连，构成通路。 单线触电 双线触电 人体的安全电压 一般来说，人体的电阻较大，但在皮肤潮湿时人体电阻会大幅度减小。 人触电时，通过人体的电流与电压和人体的电阻有关。 研究表明，对人体来说，安全电压一般不高于36 V。 人体的安全电压 人碰到用电器 用电器的开关必须安装在火线上 为了安全，用电器的开关必须安装在火线上。这样，开关断开后用电器与火线分离，人碰到用电器时就不会发生危险。 人接触到用电器的金属外壳 正常情况下，用电器的金属外壳与内部电路之间是绝缘的，人体接触外壳时没有危险。但是，如果用电器内部导线的绝缘皮破损或绝缘性能变差，导致火线与用电器金属外壳接通，人体接触外壳时就会发生触电事故。 家庭电路的两种保护措施（一） 家庭电路通常采取两种保护措施：一是使用三线插头和三孔插座，通过地线将用电器的金属外壳与大地连通，漏电时电流会随即流入大地，如图15-19（a）所示； 使用三线插头和三孔插座 家庭电路的两种保护措施（二） 安装漏电保护断路器 二是安装漏电保护断路器，如图 15-19（b）所示，当电路出现漏电时，它会自动切断电路。 图15-20所示的五孔插座由一个两孔插座和一个三孔插座组合而成，它们分别按“左零右火”和“左零右火中接地”的规则接入电路。 图15-21 所示的三线插头应接入三孔插座。它的接地插片较长，插入插座时首先与地线相连，有利于用电安全。 五孔插座与三线插头 “左零右火中接地” 接入规则 读一读 测电笔 测电笔是一种常用的电工工具，可用来检测火线和零线。图15-22 所示为氖管测电笔，它通常由两个金属电极（笔尖、笔尾）、弹簧、氖管、高电阻（即阻值很大的电阻）、绝缘柄、绝缘外壳等组成。 如图15-23所示，使用氖管测电笔时，须手持绝缘柄，并用一根手指接触笔尾的电极（切不可用手直接接触笔尖的电极，否则有触电危险）。当笔尖电极接触火线时，火线与测电笔、人体、大地构成通路，氖管因有微弱电流通过而发光；当笔尖电极接触零线或地线时，氖管不发光。 读一读 测电笔 现在较多使用电子测电笔，图15-24所示是其中一种。它具有接触检测和非接触（感应）检测两种方式，不但能检测火线、零线，还具有显示电压、检测电路断点等多种功能。 读一读 测电笔 例1 关于家庭电路与安全用电，下列说法正确的是 ( ) A ．家庭电路中安装了漏电保护器，就不用安装空气开关 B ．发现有人触电时，应该先立即切断电源，再去救人 C ．老化的导线用胶带缠好后仍可以继续使用 D ．电冰箱、洗衣机等带金属外壳的用电器也可以使用两孔插座 B 典例分析 【解析】A．漏电保护器主要防止漏电造成的人身触电，空气开关主要防止电路过载和短路。两者不能互相替代，故A错误； B．发现有人触电应先切断电源再施救，可避免施救者也发生触电，符合安全用电原则，故B正确； C．老化的导线绝缘层已经破损，普通胶带的绝缘能力不足，继续使用容易引发漏电、触电或火灾隐患，不能继续使用，故C错误； D．带金属外壳的用电器必须使用三孔插座接地，防止外壳漏电时引发触电，两孔插座无接地功能，不可使用，故D错误。 故选B。 典例分析 例2 如图所示的家庭电路中，闭合开关 S ，灯泡 L 不发光。若只有 A 位置断路一处故障，则在开关 S 闭合的情况下，用测电笔测试插座的两个插孔 ( ) A ．仅左孔能使氖管发光 B ．仅右孔能使氖管发光 C ．两孔都能使氖管发光 D ．两孔都不能使氖管发光 C 典例分析 【解析】插座右孔:直接接火线，测电笔接触，氖管会发光； 插座左孔:零线在A处断路，闭合开关S后，左孔通过灯泡与火线相通，测电笔接触左孔，氖管也发光； 所以，插座左右两孔都能使氖管发光，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 典例分析 A ．若在图中①、②两处分别安装电灯或开关，①处应装开关，②处应装电灯 B ． 甲图中人不会发生触电事故，乙图中人会发生触电事故 C ．若 a 处断开，洗衣机插头插入插座，洗衣机虽能工作但有安全隐患 D ．用试电笔的笔尖接触被测导线时，手指不能触碰笔尾金属帽 例3 现代家庭电器化程度越来越高，用电安全非常重要，如图是我国家庭电路的一部分，下列说法正确的是 ( ) C 典例分析 【解析】A．在家庭电路中，开关应接在用电器与火线之间，所以①处应装电灯，②处应装开关，故A错误； B．甲、乙两图中的人都触电了；甲图中人站在绝缘的板凳上，人体同时接触一根火线和一根零线，这时人体相当于用电器，会发生触电事故；乙图中人站在地上接触到火线，火线、人和大地形成回路，会发生触电事故，故B错误； C．若a处断开，洗衣机插头插入插座，洗衣机能工作，但外壳不能接地，若外壳漏电，人接触金属外壳，会有电流流过人体，发生触电事故，故C正确； D．用试电笔的笔尖接触被测导线时，手要接触笔尾金属帽，故D错误。 故选C。 典例分析 知识点3 电路过载 一是电路发生短路，如连接电路时误将火线和零线直接连通，或电线和用电器的绝缘皮破损，导致火线和零线直接连通等。 知识点3：电路过载 二是电路中使用的用电器功率过大，这种情况称为“过载”。 电路短路 电路及设备的安全也很重要。影响电路安全的原因一般有两个。 电路过载 电路短路和过载的危害 短路和过载都会使电路中的电流过大。由电流的热效应可知， 电流过大时，导线的温度急剧升高，会导致线路损坏甚至酿成火灾。除上述情况之外，若线路连接处接触不良，则该处电阻会变大，从而造成局部过热，也可能引起火灾。 活动15.3 演示电路过载的现象 实验器材 电路过载演示装置（在绝缘支架上水平固定一根长约 25 cm、直径约0.2mm 的细铜丝，将易燃的纸条对折挂在细铜丝上），直流稳压电源，电流表（量程为 0 ~ 10 A ），白炽灯（6 V 10 W ）三个，开关三个，带鳄鱼夹的导线若干。 实验演示 1. 按图15-25 所示的电路图连接电路。 2. 闭合开关 S，灯 L1 发光；再闭合开关 S1，灯 L2 发光；最后闭合开关S2，你看到什么现象？ 活动15.3 演示电路过载的现象 由实验可知，电路中同时工作的用电器越多，电功率越大，干路电流就越大，当干路电流增大到一定程度时，细铜丝上的易燃纸条就会被点燃，如图15-26 所示。可以想象，如果家庭电路发生过载，其后果将会十分严重。 活动15.3 演示电路过载的现象 实验还启示我们，在电路中安装一个熔点较低的熔丝熔断器，当电路过载或短路时，熔断器中的熔丝就会熔断，从而切断电路，可以保护电路安全。家庭电路早期曾经使用过这种熔断器，现在普遍使用的是空气断路器，如图15-27所示。 空气断路器 生活•物理•社会 空气断路器 图15-28（a）所示是空气断路器的结构。从结构示意图来看，此时扳手位于下方，开关触头和开关触片分离，处于断路状态。 正常情况下，扳手位于上方，开关触头和开关触片接触良好，处于通路状态，如图15-28（b）所示。当电路发生短路时，通过线圈的电流极大，线圈产生的磁力会使顶针向下推动杠杆，在弹簧的配合下，可在 3ms内将开关触头和开关触片迅速分离，从而切断电路，使电路得到保护。 不过，线圈只有在电流极大（短路）时，才会产生较大的力向下推动中央杠杆。而电路过载时，虽然电流也很大，但线圈产生的磁力却不足以推动中央杠杆。这时，开关下方的双金属片将发挥作用。 双金属片是由两种不同的金属片叠合制成的，电流通过时发热，由于不同金属片受热膨胀的程度不同，因而双金属片会发生弯曲。图 15-28（b）中，双金属片的上层是铜片、下层是铁片，当电路过载时，双金属片会向下（铁片方向）弯曲，带动 C 形杠杆向下，同时拉动中央杠杆，使开关触头和开关触片断开连接，扳手落到下方，电路断开。 发生跳闸时，开关的接触点会产生强大电弧，如果不快速熄灭，将会烧坏整个装置。这时，开关上方的灭弧栅就会发挥作用，将大电弧切割成若干小电弧，这些小电弧在空气中会快速熄灭。正是由于此类断路器采用了空气灭弧的方法，因此被称为空气断路器。 空气断路器的优点之一是，在排除短路或过载后，只要将扳手推到上方就能恢复正常，操作十分简单。 生活•物理•社会 空气断路器 我们要了解安全用电常识，养成安全用电习惯，防患于未然。例如， 发现用电器电源线的绝缘皮老化、破损，应立即停用并请专业人员更换； 清洁用电器时必须严格按说明书操作，不得用湿布擦拭开关、插座等； 严禁在电线上晾晒衣物； 用电器或电线着火时，应先切断电源再灭火； 发现有人触电，应立即切断电源，无法切断电源时，可用干燥木棍等绝缘体挑开触电者身上的电线。 养成安全用电习惯 例1 家庭电路中，当用电器总功率过大时，会导致电路中的电流超过安全值，可能引发线路过热甚至火灾。为了安全，电路中需要安装具有自动保护功能的装置 ( ) A ．开关 B ．电能表 C ．进户线 D ．空气断路器 D 典例分析 【解析】A. 开关仅用于手动控制电路通断，不具备电流过大自动保护功能，故A不符合题意； B. 电能表的作用是测量家庭电路消耗的电能，没有保护功能，故B不符合题意； C. 进户线是为家庭输送电能的导线，没有安全保护功能，故C不符合题意； D. 空气断路器俗称空气开关，当电路中电流过大（总功率过大或短路都会导致电流超标）时，它会自动切断电路，起到安全保护作用，故D符合题意。 故选D。 典例分析 例2 家庭用电安全不容忽视，如图甲所示，若家庭电路无任何故障，将测电笔插入插座插孔，氖管发光则该插孔连接的是 线，此时 （有/没有）电流经过人体；图乙是起保险作用的空气开关，它能避免由于短路或 等原因导致电流过大所产生的危险。 火 有 用电器的总功率过大 典例分析 【解析】测电笔接触火线时，氖管会发光，接触零线时不发光。因此，该插孔连接的是火线； 测电笔的工作原理是电流从火线流入，经过测电笔的高电阻、氖管，再经过人体流入大地，形成回路，使氖管发光，所以此时有电流经过人体，但电流极小，对人体无害； 空气开关保护作用家庭电路中电流过大的原因有两个， 短路和用电器的总功率过大，空气开关会在这两种情况下自动断开，保护电路。 典例分析 课堂小结 课堂小结 家庭电路与 安全用电 单线触电与双线触电 人体的安全电压 触电 使用三线插头和三孔插座 安装漏电保护断路器 家庭电路的保护措施 “左零右火中接地” 测电笔 五孔插座的接入规则 家庭电路中各个用电器的连接电源类型，工作特点等介绍 家庭电路的组成 演示实验并分析其原因 空气断路器；安全用电 演示电路过载现象 电路短路 用电器功率过大，称为“过载” 影响电路安全的原因 01 02 03 04 05 06 课堂练习 1 ．关于家庭电路及安全用电，下列说法正确的是 ( ) A ．电能表是测量用电器电功率的仪表 B ．家庭电路中保险丝的作用是防止人触电 C ．家用电器着火时立即用水浇灭 D ．有金属外壳的家用电器，需使用三脚插头 课堂练习 A 2 ．图甲、乙所示的是家用电热水壶的插头和对应的插座，插头的插脚①较长， 目的是将插头插入插座时，可确保电热水壶的金属外壳先接触 ，避免发生触电事故。插座中的②应该接 （均选填“火线”“零线”或“地线”）。 课堂练习 地线 零线 3 ．在家庭电路中各用电器是 （选填“ 串联”或“并联”）的；小明家空气开关的额定电流 10A ，在这个电路中允许接入的用电器的总功率不得超过 W ，现已经安装了 1000W 的电热器一个，60W 的电灯 2盏，100W 的电视机一台，900W 的电饭锅一个，最多还可以接入 盏 30W 的电灯。 课堂练习 并联 2200 2 A ．试电笔可以用来检测物体所带电荷的种类 B ．使用试电笔时，手要接触笔尾金属体 C ．使用试电笔时人手可以接触金属笔尖 D ．如图所示为正确使用螺丝刀式试电笔的方法 4 ．关于试电笔的用途和使用方法，下列说法正确的是 ( ) 课堂练习 B A ．a 线是火线，b 线是零线 B ． 白炽灯、电视和台灯是串联在电路中的 C ．控制灯泡的开关可以和灯泡互换位置 D ．三孔插座中上边的那个孔可以不接地 5 ．小明家的电路简化后的示意图如图所示，关于该电路，下列说法正确的是 ( ) 课堂练习 A 6 ．家庭电路的部分电路如图所示，进户线 （选填“ 甲”或“ 乙”）是火线；只闭合开关S1 ， L1 正常发光，再闭合开关S2 ，L1 马上熄灭，如果故障出在L2 上，则可能是L2 。更换新的L2 后，还需要将 （选填“漏电保护器”或“ 空气开关”）复位后，电路才能正常工作。 课堂练习 甲 短路 空气开关 谢谢聆听 谢谢聆听 $