19.3 跨学科实践：为家庭电路做设计（重难点专练）物理新教材人教版九年级全一册

19. 3 跨学科实践：为家庭电路做设计 ▌题型01 家庭电路设计原则与基本组成 ▌题型02 负荷估算与支路划分设计 ▌题型03 导线、空气开关与保护装置的匹配 ▌题型04 安全规范、节能设计与综合方案评估 ▌题型01 家庭电路设计原则与基本组成 1. 核心知识 （1）设计原则：安全第一、实用经济、负荷匹配、分路保护、节能环保。 （2）基本组成：进户线（相线L、中性线N）→电能表→总开关→保护装置（空气开关/漏电保护器）→各支路用电器/插座。 （3）连接规范：各用电器之间并联；照明支路与插座支路分路设置；控制开关接在相线与用电器之间；有金属外壳的用电器必须用三孔插座并接地。 2. 解题技巧 判断设计是否合理，先看“安全”，再看“负荷”，最后看“节能”。看到“共用一条线”“共用一个插座”往往意味着总功率过大，存在过载风险。 1．关于家庭电路设计，下列说法不正确的是（ ） A. 各用电器之间应采用并联方式 B. 照明支路与插座支路应分别设置 C. 控制电灯的开关应接在中性线与电灯之间 D. 设计时必须考虑导线的安全载流量 【答案】C 【详解】 家庭电路中各用电器需要独立工作，必须并联，A正确；分路设置便于保护和控制，B正确；开关必须接在相线与用电器之间，若接在中性线上，断开开关后用电器仍与相线相连，存在触电隐患，C错误；导线安全载流量必须大于支路最大电流，D正确。 故选：C。 2． 关于家庭电路和安全用电，下列说法正确的是（　 　） A．用湿布擦拭正在发光的台灯 B．发现有人触电，立即用手将触电者拉开 C．家庭电路中空气开关跳闸，可能是电路中出现短路 D．家庭电路中，正在工作的洗衣机和电视机，两端的电压不相等 【答案】C 【详解】 A．潮湿的物体容易导电，用湿布擦拭台灯应断开电源，否则容易造成触电事故，故A错误； B．发现有人触电，立即断开电源或用绝缘体将触电者脱离带电体，不可用手直接拉开触电者，故B错误； C．家庭电路中空气开关跳闸，表明电路中总电流过大，可能是电路中出现短路，也可能是总功率过大，故C正确； D．家庭电路中，各用电器之间是并联的，正在工作的洗衣机和电视机为并联，两端的电压相等，故D错误。 故选：C。 3．如图所示是家庭电路的部分示意图，图中（1）、（2）、（3）内的元件分别是（　　 ） A．电能表、保险装置、总开关 B．电能表、总开关、保险装置 C．总开关、电能表、保险装置 D．保险装置、总开关、电能表 【答案】B 【详解】 进户火线和零线后先接电能表，所以（1）中元件是电能表；电能表之后接总开关，所以（2）中元件是总开关；保险装置只接在火线上，所以（3）内的元件是保险装置。 故选：B。 4．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，下列关于该家庭电路的说法中正确的是（     ） A．a线是零线，b线是火线 B．灯泡和开关的位置可以互换 C．当有人触电时空气开关会“跳闸” D．电视机接入电路时，与灯泡是并联关系 【答案】D 【详解】 A．家庭电路中，开关接在火线上，插座右孔接火线，所以，a线是火线，b线是零线，故A错误； B．开关要接在火线与灯泡之间，断开时才能保证灯泡不带电，因此灯泡和开关的位置不可以互换，故B错误； C．空气开关在电流过大时才会断开，当有人触电时空气开关不会“跳闸”，故C错误； D．电视机接入电路时，它与灯泡的工作互不影响，与灯泡是并联关系，故D正确。 故选：D。 5．电饭煲使用方便，备受欢迎。 （1）电饭煲与电灯、电视机的连接方式 （选填“串联”或“并联”），电饭煲的电源为 （选填“交流电”或“直流电”）； （2）电饭煲在煮饭过程中，锅内气体被密封，随着温度的升高，电饭煲内部气体压强变大，此时水的沸点 （选填“大于”“等于”或“小于"）100℃； （3）某电饭煲的简化电路如图所示，当开关S闭合时，电饭煲处于 （选填“加热”或“保温”）状态，该电饭锅加热与保温功率之比为9∶2，则：R1∶R2= 。若R1=60.5Ω，则该电饭煲加热功率为 W。 【答案】 并联 交流电 大于 加热 2∶7 800 【详解】 （1）[1][2]电饭锅、电灯和电视机之间可以独立工作，互不影响，因此它们的连接方式是并联；电饭煲的电源为220V，50Hz的交流电。 （2）[3]水的沸点与水面处的气压有关，标准大气压下水的沸点为100℃，气压越高，沸点越高，因此电饭锅内部气体压强变大，此时水的沸点大于100℃。 （3）[4]由图可知，当S断开时，该电路为R1和R2的串联电路，电路的总电阻较大，由可知电功率较小，处于保温状态，当S闭合时，R2被短路，电路中只有R1接在电源上，电路的总电阻较小，由可知电功率较大，处于加热状态。 [5]该电饭锅加热与保温功率之比为9∶2，由可知 R1∶R2=2∶7 [6]该电饭煲加热功率为 ▌题型02 负荷估算与支路划分设计 解题必备 1. 核心知识 （1）总功率估算：P总=P1+P2+⋯+Pn。 （2）干路电流估算：I=P总/U。 （3）支路划分原则：照明支路单设；普通插座支路单设；厨房大功率电器（微波炉、电烤箱等）宜单设；空调、电热水器应设独立支路；潮湿场所（卫生间、厨房）应设漏电保护。 2. 解题技巧 负荷估算时，应按照“所有用电器同时工作”的最不利情况计算总功率，但实际设计中可适当留余量，并建议用户错峰使用大功率电器。 6．据公安部统计，我国近10年发生的火灾约30％是由插座引起的，要定期对插座进行安全检查，避免过度使用，超期服役。关于插座使用和更换，下列做法中正确的是（　　） A．可将三脚插头中的接地脚掰断，插在两眼插座中使用 B．空调、冰箱、抽油烟机等大功率电器应使用独立插座 C．插座松动，弹簧片弹性不足，但只要能通电就不用更换 D．正确接电后，正对插座的左侧应为火线，右侧为零线 【答案】B 【详解】A．三脚插头中上面的脚与地线相连，可及时将用电器外壳的电导走，避免触电事故，不能将其接在两眼插座中，故A错误； B．空调、冰箱、抽油烟机等大功率用电器应作用独立插座，可避免电路的总功率过大而引起空气开关跳闸，故B正确； C．插座松动后，弹簧片弹性不足，应及时更换，否则会引起接触不良，而造成电路开路，故C错误； D．正对插座，其左侧为零线，右侧为火线，故D错误。 故选：B。 7．生活中我们要时刻注意安全用电，下列行为符合安全用电原则的是（　 　） A．图甲，使用试电笔时，手接触笔尾金属体 B．图乙，家庭电路中控制灯泡的开关接在零线与用电器之间 C．图丙，多个大功率用电器同时接在同一个插座上使用 D．图丁，使用未正确接地的电冰箱 【答案】A 【详解】 A．使用试电笔时手要接触笔尾金属体，笔尖接触火线时氖管就能发光，故A符合题意； B．电灯的开关应该接在电灯和火线之间，关灯时可以断开与火线的连接，如果开关接在了零线上时，即使开关断开，电灯仍带电，易发生触电事故，故B不符合题意； C．一个插座上不能同时接入多个大功率用电器，否则会导致干路电流过大，引起空开跳闸或使导线过热引起火灾，故B不符合题意； D．家用电器的金属外壳要接地，防止金属外壳漏电，发生触电事故，电冰箱外壳接地，图丁中，电冰箱接地了，正确使用，故D不符合题意。 故选：A。 8．如图所示是某同学家部分家庭电路的示意图。电能表上标有“220V  10（40）A”的字样，他家正在使用的所有用电器总功率为6kW，其中电饭煲的功率为1.5kW，饭煮熟后，他将这个电饭煲插头从插座中拔出，再将功率为1kW的电热水壶插头接入插座中，其它用电器仍正常工作，闭合电热水壶上的开关，空气开关跳闸。空气开关跳闸的原因可能是（　　） A．照明灯的开关接在了零线与灯泡之间 B．用电器的总功率过大 C．电热水壶的内部电路短路 D．接入电热水壶的插座短路 【答案】C 【详解】 A．照明灯的开关接在了零线与灯泡之间，不会造成电路电流过大，空气开关跳闸，故A不符合题意； B．电能表上标有“220V  10（40）A”的字样，电路允许最大电功率 正在使用的所有用电器总功率为6kW，其中电饭煲的功率为1.5kW，所以造成空气开关跳闸的原因不是用电器的总功率过大，故B不符合题意； C．电热水壶的内部电路短路时，闭合电热水壶上的开关，会造成电路电流过大，空气开关跳闸，故C符合题意； D．若接入电热水壶的插座短路，在电热水壶插头接入插座之前，电路电流就会过大，造成空气开关跳闸，故D不符合题意。 故选：C。 9．学校开展了主题是“安全用电，珍惜生命”的安全教育活动，下列是活动的部分内容.如图甲所示的家庭电路，两虚线框中连入了电灯和开关，则方框 中为开关；闭合开关后，发现电灯不亮，使用试电笔测试a、b、c三点时试电笔的氛管均发光，测试d点时试电笔的氛管不发光，则该电路的故障为 ；造成如图乙家庭电路中电线燃烧的原因是 。 【答案】 2 cd之间断路 用电器的总功率过大 【详解】 [1][2][3]开关应接在灯与火线之间，因此开关应接在2处；使用试电笔测试a、b、c三点时试电笔的氖管均发光，说明这三处都有电流通过，测试d点时试电笔的氖管不发光，说明故障为cd之间断路；由图乙中可以看出：用电器较多，并且电炉的功率较大，因此是用电器的总功率过大而造成的，所以造成如图乙家庭电路中电线燃烧的原因是用电器的总功率过大。 10．某家庭计划接入：照明灯10盏（每盏20W）、电视机（150W）、电冰箱（200W）、洗衣机（500W）、空调2台（各1200W）、电热水器（1500W）。家庭电压为220V。 （1）这些用电器同时工作时的总功率是多少？ （2）干路电流约为多少？ （3）从安全用电角度，应如何划分支路？ 【答案】（1）6550 W；（2）约 29.8 A；（3）照明单设支路；普通插座单设支路；空调独立支路；电热水器独立支路；洗衣机可接普通插座支路或单独支路。 【详解】 （1）P=10×20+150+200+500+2×1200+1500=6550 W。 （2）I=6550220≈29.8 A。 （3）由于同时工作电流很大，如果全部接在一条支路上会导致导线严重过载。照明功率小，可单设；空调、电热水器功率大，必须独立支路；普通插座供应电视、冰箱、洗衣机等。 ▌题型03 导线、空气开关与保护装置的匹配 1. 核心知识 （1）导线选择：导线安全载流量 I载>I支路最大​。 （2）空气开关选择：正常工作电流 I正常<I空开<I导线最大​。如果空开太大，导线过载时不跳闸，失去保护；如果空开太小，正常使用时频繁跳闸。 （3）漏电保护器：检测相线和中性线电流差，当发生漏电时迅速切断电路，保护人身安全。 2. 解题技巧 匹配题抓住不等式“I正常<I空开<I导线最大​”。导线选细了会发热，空开选大了不跳闸，两者必须匹配。 11．关于家庭电路及安全用电，下列说法中正确的是（　　） A．甲图：两孔插座和三孔插座是串联的，三孔插座的“1”孔接地线 B．乙图：白炽灯泡的金属螺纹壳接火线，金属触头接零线 C．丙图：图中试电笔的笔尖接触甲图中三孔插座的“3”孔时，试电笔氖管会发光 D．丁图：发生此类触电时，电路中的“漏电保护器”会自动断开，切断电路 【答案】D 【详解】 A．插座上的两孔插座和三孔插座是并联的，使用时互不影响，三孔插座的“1”孔接地线。故A错误； B．为了防止出现触电现象，白炽灯泡的金属螺纹壳接零线，金属触头接火线，故B错误； C．三孔插座：左孔接零线，右孔接火线，上孔接地线。常用试电笔辨别火线和零线，试电笔使用时手要接触试电笔尾部的金属体，当笔尖接触火线时，氖管才会发光，故C错误； D．人站在地面上单手接触火线时，电流通过人体流向大地，造成电路中通过火线的电流较大，火线与零线的电流不同，所以漏电保护器会自动断开，故D正确。 故选：D。 12．在家庭电路中电流过大时，保险丝因为发热比周围导线明显，会熔断从而切断电路。根据表中所提供的数据，可以确定适宜制作保险丝的是（　　 ） 金属 铅 铜 铁 钨 长1m，横截面积1mm2的导线在20℃时的电阻/Ω 0.206 0.017 0.096 0.053 在标准大气压的熔点/℃ 328 1083 1535 3410 A．铅 B．铜 C．铁 D．钨 【答案】A 【详解】 保险丝的作用是：当电路中有过大电流通过时，保险丝发热温度快速升高到熔点自动熔断，切断电路。根据焦耳定律Q=I2Rt可知，在电流相同时产生的热量随电阻的增大而增加，所以电流达到一定值时，阻值大的电阻产生的热量多；为了能尽快使保险丝熔化而断开电路，保险丝的熔点应低一些，这样才能减少加热的时间。因此家庭电路中所使用的保险丝必须是电阻率较大、熔点较低的导体，比较数据可知：电阻率大、熔点低的材料是铅，则保险丝应由铅制成。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选：A。 13．如图所示是小明家的部分电路，下列有关说法正确的是（      ） A．若be间断路，灯L2仍可正常工作 B．若保险盒内的保险丝熔断了，只要更换保险丝就可以了 C．若cd间断路，则插在三孔插座上的用电器能工作但有触电风险 D．若两开关闭合，灯L1亮、L2不亮，用试电笔检测三孔插座左、右孔，氖管均发光，则可能是进户零线断路 【答案】C 【详解】 A．若be间断路，灯L2所在的回路不完整，因此不能正常工作，故A错误； B．保险丝熔断可能是由于电路过载或短路，应该先排查问题并解决，然后再更换保险丝。仅仅更换保险丝而不解决问题的根本原因，可能会导致保险丝再次熔断。故B错误； C．若cd间断路，用电器的金属外壳无法接地，存在漏电危险，所以，插在三孔插座上的用电器能工作但有触电风险，故C正确； D．如果进户零线断路，会导致灯L1、L2所在的回路不完整而不发光。三孔插座的左右孔与火线相连，用试电笔检测三孔插座左、右孔，氖管均发光，故D错误。 故选：C。 14．家庭电路是最常见、最基本的实用电路。我国家庭电路的电压是 V，图是比较简单的家庭电路示意图。输电线进户后首先接到电能表上，电能表用来显示用电器所消耗的电能。某电能表上标有“10（20）A”的字样，可知接在这个电能表上的用电器工作时，总功率不能超过 W。总开关的后面是保险装置，现在新建居民楼中的保险装置一般使用空气开关，当电路中的 时，空气开关自动断开，切断电路。 【答案】 220 4400 总电流过大 【详解】 [1]我国家庭照明电路的电压是220V。 [2]由“10（20）A”的字样可知，此电能表额定最大电流是20A，根据可知，接在这个电能表上的用电器工作时，最大总功率 [3]当电路中总电流过大时，空气开关切断电路，起保护电路的作用。 15．通过漏电保护器及时切断漏电的电路，避免人体接触漏电的用电器金属外壳时触电。 (1)如图所示，将漏电保护器接入用电器的两条输电线。如果用电器的金属外壳发生了漏电故障，通过漏电保护器的 （选填“=”或“≠”），该漏电保护器能够自动切断电路。 (2)通常情况下，家庭电路中除了将漏电保护器接入用电器的两条输电线，还将用电器的金属外壳 ，起到双重保护的作用。漏电保护器实质上就是一个 （选填“电源”“用电器”或“开关”）。 【答案】(1)≠ (2) 接地 开关 【详解】 （1）正常情况下，通过漏电保护器的火线电流和零线电流是相等的。当电路中发生漏电时，一部分电流会通过漏电的路径流向大地，导致火线电流和零线电流不再相等，此时漏电保护器能够自动切断电路。 （2）[1]为防止用电器的金属外壳带电时引发触电事故，故将金属外壳与地线相连，一旦金属外壳带电，可以及时将电流导向大地，避免触电。 [2]漏电保护器在电路发生漏电时，能够自动切断电路，因此漏电保护器实质上是一个开关。 ▌题型04 安全规范、节能设计与综合方案评估 1. 核心知识 （1）安全措施：三孔插座接地；漏电保护器；开关控制相线；潮湿场所防溅；大功率独立支路。 （2）节能措施：LED灯具、人走灯灭；减少待机功耗；大功率错峰使用；选择高能效电器。 （3）综合评估：评价一份设计方案，应从“负荷是否匹配、支路划分是否合理、保护装置是否到位、是否满足节能环保”四个维度进行。 2. 解题技巧 综合评估题先列现象（设计做法），再找物理原理（电流过大、失去接地、未分路等），最后提出具体改进措施。 16．在跨学科实践活动中，小明为新家做电路设计：下图是他设计的某插座分支回路设计示意图，关于电路的设计，下列说法正确的是（　　） A．设计电路时，需要先调查家庭用电需求 B．配电箱中中性线和相线之间的电压为380V C．漏电保护器主要预防电流过大使人触电 D．为节约导线，卫生间和厨房插座可都接在图中电线上 【答案】A 【详解】 A．设计家庭电路时，需要先调查家庭用电需求（比如电器功率、数量、分布等），才能合理规划电路负载和布线，故A正确； B．配电箱中中性线和相线之间的电压是220V，故B错误； C．漏电保护器的作用是当电路发生漏电时（比如人触电），迅速切断电源，预防电流过大的是空气开关或保险丝，故C错误； D．卫生间和厨房属于潮湿环境，且电器功率通常较大，需要单独的分支回路，不能共用一条插座回路，否则容易出现过载等安全隐患，故D错误。 故选：A。 17．如图所示，某同学根据单元房结构平面图设计家庭电路。回答下列问题。 (1)厨房回路同时使用2000W微波炉和1500W电热水壶，电源电压220V，根据计算，该回路干路电流约为________A（结果保留整数）。 (2)潮湿的卫生间用电分支回路，需加装________，可在漏电时快速切断电路。 (3)图中的家庭电路中，客厅、卧室等分支回路之间采用________连接方式，确保某一回路发生故障时不影响其他回路工作；为防止触电，必须把用电器的开关安装在________线上。 (4)配电箱内的熔断器中的核心部件（保险丝）的材料需具备________（选填“熔点低”或“熔点高”）的特性，实现过载保护。在现代家庭电路中，由空气开关所替代。 (5)若卧室插座短路导致电流过大，配电箱中控制该分支回路的________会自动断开，防止火灾。 【答案】(1)16 (2)漏电保护器 (3)并联 相线 (4)熔点低 (5)空气开关 【详解】 （1）厨房回路同时使用2000W微波炉和1500W电热水壶，电流总功率 P总​=2000W+1500W=3500W 干路电流约为 （2）为了防止漏电导致触电事故，需要安装漏电保护器。当发生漏电时，漏电保护器能迅速切断电源，保障安全。 （3）[1]家庭电路中，各用电器及分支回路之间是并联连接的。并联电路的特点是各支路独立工作，互不影响。如果某一回路发生故障，不会影响其他回路的正常运行。 [2]为了防止触电，开关必须接在相线上。当开关断开时，用电器与相线断开连接，避免人体接触用电器时发生触电事故。 （4）保险丝的作用是在电流过大时，自身熔断以切断电路，从而保护用电器和线路安全。因此，保险丝的材料需要具备熔点低的特性，以便在电流过大时迅速熔断。 （5）当卧室插座发生短路时，该分支回路的电流会急剧增大。此时，配电箱中控制该回路的空气开关会因检测到电流过大而自动跳闸，切断电源。 18．跨学科实践：为家庭电路做设计 【项目提出】 小光家正在准备装修改造，请你根据小光家的实际情况，帮助他为家庭电路设计一个安全、节能、合理的方案。并结合物理知识，协助他完成电路的优化。 【项目分析】 (1)小光家厨房有下列用电器，当它们同时正常工作时，要求厨房回路的低压断路器（空气开关）的额定电流至少为___________A。小光观察后发现，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。表格中的用电器消耗电能最快的是___________，其工作5 min消耗的电能为___________J。 家用电器 功率/kW 数量 电饭煲 0.7 1台 微波炉 0.7 1台 电烤箱 0.8 1台 照明灯 0.02 1盏 电冰箱 0.2 1台 【项目实施】 (2)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___________，当人站在地上不小心接触相线，电流经过人体流入大地，该装置迅速切断电路，对人体起到保护作用。 【展示交流】 (3)请结合家中用电器的调查和使用情况，尝试分析家庭用电安全隐患，总结一条生活中的安全用电原则：___________。 【答案】(1) 11 大地 电烤箱 (2)相 漏电保护器 (3)避免大功率用电器使用同一个插座 【详解】（1）所有用电器同时工作的总功率为 家庭电路电压，根据公式，可得额定电流 故厨房回路的低压断路器（空气开关）的额定电流至少为11A。 三脚插头的作用是保证用电器金属外壳与大地（或地线）相连，当用电器漏电时，电流可通过地线导入大地，防止人体触电。 电功率是表示电流做功快慢的物理量，功率越大，消耗电能越快，表格中电烤箱功率最大（0.8kW），因此消耗电能最快的是电烤箱。 电烤箱功率 工作时间 根据公式，可得消耗的电能 （2）控制用电器的开关需连接在火线（相线）和用电器之间，断开开关时，用电器与火线断开，可避免检修或操作时触电。 插座分支回路安装漏电保护器，当人体接触相线发生触电时，漏电保护器能检测到电流异常，迅速切断电路，对人体起到保护作用。 （3）生活中的安全用电原则有：不用湿手触摸用电器，因为水是导体，湿手触摸易引发触电；或避免大功率用电器同时工作，防止电路总功率过大导致电流过载，引发火灾等。（合理即可） 19．李明接完如图甲所示的电路，闭合开关后发现无论怎样改变滑动变阻器滑片的位置，小灯泡都不亮。他想到了电工师傅在检查电路时所用的“查障器”，如图乙所示，利用它可以检查家庭电路中出现的故障。 (1)李明把塑料尺、金属回形针、铅笔芯、橡皮擦分别接在“查障器”的a、b两端，当接入________或________时，小灯泡会发光。 (2)李明把“查障器”的a、b端分别接入图甲电路的不同位置，得到下表所示的实验结果。 连接位置 小灯泡两端 滑动变阻器两端 电流表两端 开关两端（断开） “查障器”小灯泡的发光情况 不亮 亮 亮 不亮 由上述结果可判断电路的故障可能是________。 (3)李明想用“查障器”检查家中用电器的接地情况。他首先断开家庭电路的总开关，把要检查的用电器的插头插入三孔插座，再把a端接在用电器的金属外壳上，b端接在保护线上，灯亮则表示金属外壳接地良好。依你判断，这种方案________（选填“可行”或“不可行”）。 【答案】(1)金属回形针 铅笔芯 (2)小灯泡断路 (3)可行 【详解】 （1）[1][2]常见的导体包括人体、大地、各种金属、铅笔芯、酸碱盐的溶液等。提供的材料中金属回形针和铅笔芯是导体，因此把它们分别接在“查障器”的ab两端，小灯泡发光。 （2）当“查障器”小灯泡发光，说明被检测电路为通路；由表格信息可知：当“查障器”小灯泡接在灯泡两端时，小灯泡不发光说明电路为断路，即小灯泡断路；当“查障器”小灯泡接在滑动变阻器两端时，小灯泡发光说明电路为通路，即滑动变阻器没有故障；当“查障器”小灯泡接在电流表两端时，小灯泡发光，说明电路为通路即电流表没有故障；当“查障器”小灯泡接在开关两端且断开时，小灯泡不发光，说明电路为断路，因开关是断开的，故不能判断开关有没有故障。由上述结果可判断电路的故障是小灯泡断路。 （3）将“查障器”a端接在用电器金属外壳上，b端接在保护线上；若金属外壳接地良好，“查障器”会发光；若金属外壳未接地，“查障器”不发光。可根据“查障器”是否发光判断金属外壳是否接地良好，所以这种方案可行。 20．跨学科实践 为家庭电路做设计 小明家准备装修，他根据家里的用电需要，从安全、节能、合理角度提出了一个简单的家庭电路设计方案。活动依据“项目提出—项目分析—项目实施—展示交流”的研究流程开展，设计的家庭电路配电分支回路方案如图甲所示。 (1)根据实际需求，空调分支回路选用的导线横截面积应比照明分支回路的_____。 (2)插座分支回路的插座外壳上标有“10 A”字样，该支路允许接入电路的最大功率为_________W； 空调专门设置了一个分支回路，其原因是_________。 (3)家庭电路中安装了各种保险装置，某次家庭电路中由于短路造成电流过大，这时电路中的_________ （选填“漏电保护器”或“空气开关”）会跳闸保护电路。 (4)请在如图乙所示的家庭电路示意图中，用笔画线代替导线将照明灯及其控制开关、三孔插座正确接入电路。 (5)我们在思想上要有安全用电意识，在行动上要遵守安全用电原则。请你写出一条安全用电原则____________________________________。 【答案】(1)大 (2) 2200 工作时电流较大 (3)空气开关 (4) (5)不接触低压带电体，不靠近高压带电体。 【详解】（1）空调是大功率用电器，家庭电路电压固定，由可知，空调工作电流更大；材料长度相同时，导线横截面积越大电阻越小，工作时发热更少、更安全，因此空调导线横截面积更大。 （2）家庭电路电压为，允许接入的最大功率 空调功率大工作电流大，单独分支可避免和其他用电器共用支路时电流过大，引发安全事故。 （3）空气开关的作用是电路短路/总功率过大导致电流过大时自动跳闸断电。 （4）符合家庭电路安全接线规则：开关接火线，再和灯串联，保证断开开关后电器不带电；三孔插座按“左零右火上接地”接线，即左孔接零线、右孔接火线、上孔接保护线。 （5）略。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 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 参考答案 ▌题型01 家庭电路设计原则与基本组成 1．C 2．C 3．B 4．D 5．并联 交流电 大于 加热 2∶7 800 ▌题型02 负荷估算与支路划分设计 6．B 7．A 8．C 9．2 cd之间断路 用电器的总功率过大 10．（1）6550 W；（2）约 29.8 A；（3）照明单设支路；普通插座单设支路；空调独立支路；电热水器独立支路；洗衣机可接普通插座支路或单独支路。 ▌题型03 导线、空气开关与保护装置的匹配 11．D 12．A 13．C 14．220 4400 总电流过大 15．(1)≠ (2) 接地 开关 ▌题型04 安全规范、节能设计与综合方案评估 16．A 17．(1)16 (2)漏电保护器 (3)并联 相线 (4)熔点低 (5)空气开关 18．(1) 11 大地 电烤箱 (2)相 漏电保护器 (3)避免大功率用电器使用同一个插座 19．(1)金属回形针 铅笔芯 (2)小灯泡断路 (3)可行 20．(1)大 (2) 2200 工作时电流较大 (3)空气开关 (4) (5)不接触低压带电体，不靠近高压带电体 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 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 ▌题型01 家庭电路设计原则与基本组成 ▌题型02 负荷估算与支路划分设计 ▌题型03 导线、空气开关与保护装置的匹配 ▌题型04 安全规范、节能设计与综合方案评估 ▌题型01 家庭电路设计原则与基本组成 1. 核心知识 （1）设计原则：安全第一、实用经济、负荷匹配、分路保护、节能环保。 （2）基本组成：进户线（相线L、中性线N）→电能表→总开关→保护装置（空气开关/漏电保护器）→各支路用电器/插座。 （3）连接规范：各用电器之间并联；照明支路与插座支路分路设置；控制开关接在相线与用电器之间；有金属外壳的用电器必须用三孔插座并接地。 2. 解题技巧 判断设计是否合理，先看“安全”，再看“负荷”，最后看“节能”。看到“共用一条线”“共用一个插座”往往意味着总功率过大，存在过载风险。 1．关于家庭电路设计，下列说法不正确的是（ ） A. 各用电器之间应采用并联方式 B. 照明支路与插座支路应分别设置 C. 控制电灯的开关应接在中性线与电灯之间 D. 设计时必须考虑导线的安全载流量 2． 关于家庭电路和安全用电，下列说法正确的是（　 　） A．用湿布擦拭正在发光的台灯 B．发现有人触电，立即用手将触电者拉开 C．家庭电路中空气开关跳闸，可能是电路中出现短路 D．家庭电路中，正在工作的洗衣机和电视机，两端的电压不相等 3．如图所示是家庭电路的部分示意图，图中（1）、（2）、（3）内的元件分别是（　　 ） A．电能表、保险装置、总开关 B．电能表、总开关、保险装置 C．总开关、电能表、保险装置 D．保险装置、总开关、电能表 4．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，下列关于该家庭电路的说法中正确的是（     ） A．a线是零线，b线是火线 B．灯泡和开关的位置可以互换 C．当有人触电时空气开关会“跳闸” D．电视机接入电路时，与灯泡是并联关系 5．电饭煲使用方便，备受欢迎。 （1）电饭煲与电灯、电视机的连接方式 （选填“串联”或“并联”），电饭煲的电源为 （选填“交流电”或“直流电”）； （2）电饭煲在煮饭过程中，锅内气体被密封，随着温度的升高，电饭煲内部气体压强变大，此时水的沸点 （选填“大于”“等于”或“小于"）100℃； （3）某电饭煲的简化电路如图所示，当开关S闭合时，电饭煲处于 （选填“加热”或“保温”）状态，该电饭锅加热与保温功率之比为9∶2，则：R1∶R2= 。若R1=60.5Ω，则该电饭煲加热功率为 W。 ▌题型02 负荷估算与支路划分设计 解题必备 1. 核心知识 （1）总功率估算：P总=P1+P2+⋯+Pn。 （2）干路电流估算：I=P总/U。 （3）支路划分原则：照明支路单设；普通插座支路单设；厨房大功率电器（微波炉、电烤箱等）宜单设；空调、电热水器应设独立支路；潮湿场所（卫生间、厨房）应设漏电保护。 2. 解题技巧 负荷估算时，应按照“所有用电器同时工作”的最不利情况计算总功率，但实际设计中可适当留余量，并建议用户错峰使用大功率电器。 6．据公安部统计，我国近10年发生的火灾约30％是由插座引起的，要定期对插座进行安全检查，避免过度使用，超期服役。关于插座使用和更换，下列做法中正确的是（　　） A．可将三脚插头中的接地脚掰断，插在两眼插座中使用 B．空调、冰箱、抽油烟机等大功率电器应使用独立插座 C．插座松动，弹簧片弹性不足，但只要能通电就不用更换 D．正确接电后，正对插座的左侧应为火线，右侧为零线 7．生活中我们要时刻注意安全用电，下列行为符合安全用电原则的是（　 　） A．图甲，使用试电笔时，手接触笔尾金属体 B．图乙，家庭电路中控制灯泡的开关接在零线与用电器之间 C．图丙，多个大功率用电器同时接在同一个插座上使用 D．图丁，使用未正确接地的电冰箱 8．如图所示是某同学家部分家庭电路的示意图。电能表上标有“220V  10（40）A”的字样，他家正在使用的所有用电器总功率为6kW，其中电饭煲的功率为1.5kW，饭煮熟后，他将这个电饭煲插头从插座中拔出，再将功率为1kW的电热水壶插头接入插座中，其它用电器仍正常工作，闭合电热水壶上的开关，空气开关跳闸。空气开关跳闸的原因可能是（　　） A．照明灯的开关接在了零线与灯泡之间 B．用电器的总功率过大 C．电热水壶的内部电路短路 D．接入电热水壶的插座短路 9．学校开展了主题是“安全用电，珍惜生命”的安全教育活动，下列是活动的部分内容.如图甲所示的家庭电路，两虚线框中连入了电灯和开关，则方框 中为开关；闭合开关后，发现电灯不亮，使用试电笔测试a、b、c三点时试电笔的氛管均发光，测试d点时试电笔的氛管不发光，则该电路的故障为 ；造成如图乙家庭电路中电线燃烧的原因是 。 10．某家庭计划接入：照明灯10盏（每盏20W）、电视机（150W）、电冰箱（200W）、洗衣机（500W）、空调2台（各1200W）、电热水器（1500W）。家庭电压为220V。 （1）这些用电器同时工作时的总功率是多少？ （2）干路电流约为多少？ （3）从安全用电角度，应如何划分支路？ ▌题型03 导线、空气开关与保护装置的匹配 1. 核心知识 （1）导线选择：导线安全载流量 I载>I支路最大​。 （2）空气开关选择：正常工作电流 I正常<I空开<I导线最大​。如果空开太大，导线过载时不跳闸，失去保护；如果空开太小，正常使用时频繁跳闸。 （3）漏电保护器：检测相线和中性线电流差，当发生漏电时迅速切断电路，保护人身安全。 2. 解题技巧 匹配题抓住不等式“I正常<I空开<I导线最大​”。导线选细了会发热，空开选大了不跳闸，两者必须匹配。 11．关于家庭电路及安全用电，下列说法中正确的是（　　） A．甲图：两孔插座和三孔插座是串联的，三孔插座的“1”孔接地线 B．乙图：白炽灯泡的金属螺纹壳接火线，金属触头接零线 C．丙图：图中试电笔的笔尖接触甲图中三孔插座的“3”孔时，试电笔氖管会发光 D．丁图：发生此类触电时，电路中的“漏电保护器”会自动断开，切断电路 12．在家庭电路中电流过大时，保险丝因为发热比周围导线明显，会熔断从而切断电路。根据表中所提供的数据，可以确定适宜制作保险丝的是（　　 ） 金属 铅 铜 铁 钨 长1m，横截面积1mm2的导线在20℃时的电阻/Ω 0.206 0.017 0.096 0.053 在标准大气压的熔点/℃ 328 1083 1535 3410 A．铅 B．铜 C．铁 D．钨 13．如图所示是小明家的部分电路，下列有关说法正确的是（      ） A．若be间断路，灯L2仍可正常工作 B．若保险盒内的保险丝熔断了，只要更换保险丝就可以了 C．若cd间断路，则插在三孔插座上的用电器能工作但有触电风险 D．若两开关闭合，灯L1亮、L2不亮，用试电笔检测三孔插座左、右孔，氖管均发光，则可能是进户零线断路 14．家庭电路是最常见、最基本的实用电路。我国家庭电路的电压是 V，图是比较简单的家庭电路示意图。输电线进户后首先接到电能表上，电能表用来显示用电器所消耗的电能。某电能表上标有“10（20）A”的字样，可知接在这个电能表上的用电器工作时，总功率不能超过 W。总开关的后面是保险装置，现在新建居民楼中的保险装置一般使用空气开关，当电路中的 时，空气开关自动断开，切断电路。 15．通过漏电保护器及时切断漏电的电路，避免人体接触漏电的用电器金属外壳时触电。 (1)如图所示，将漏电保护器接入用电器的两条输电线。如果用电器的金属外壳发生了漏电故障，通过漏电保护器的 （选填“=”或“≠”），该漏电保护器能够自动切断电路。 (2)通常情况下，家庭电路中除了将漏电保护器接入用电器的两条输电线，还将用电器的金属外壳 ，起到双重保护的作用。漏电保护器实质上就是一个 （选填“电源”“用电器”或“开关”）。 ▌题型04 安全规范、节能设计与综合方案评估 1. 核心知识 （1）安全措施：三孔插座接地；漏电保护器；开关控制相线；潮湿场所防溅；大功率独立支路。 （2）节能措施：LED灯具、人走灯灭；减少待机功耗；大功率错峰使用；选择高能效电器。 （3）综合评估：评价一份设计方案，应从“负荷是否匹配、支路划分是否合理、保护装置是否到位、是否满足节能环保”四个维度进行。 2. 解题技巧 综合评估题先列现象（设计做法），再找物理原理（电流过大、失去接地、未分路等），最后提出具体改进措施。 16．在跨学科实践活动中，小明为新家做电路设计：下图是他设计的某插座分支回路设计示意图，关于电路的设计，下列说法正确的是（　　） A．设计电路时，需要先调查家庭用电需求 B．配电箱中中性线和相线之间的电压为380V C．漏电保护器主要预防电流过大使人触电 D．为节约导线，卫生间和厨房插座可都接在图中电线上 17．如图所示，某同学根据单元房结构平面图设计家庭电路。回答下列问题。 (1)厨房回路同时使用2000W微波炉和1500W电热水壶，电源电压220V，根据计算，该回路干路电流约为________A（结果保留整数）。 (2)潮湿的卫生间用电分支回路，需加装________，可在漏电时快速切断电路。 (3)图中的家庭电路中，客厅、卧室等分支回路之间采用________连接方式，确保某一回路发生故障时不影响其他回路工作；为防止触电，必须把用电器的开关安装在________线上。 (4)配电箱内的熔断器中的核心部件（保险丝）的材料需具备________（选填“熔点低”或“熔点高”）的特性，实现过载保护。在现代家庭电路中，由空气开关所替代。 (5)若卧室插座短路导致电流过大，配电箱中控制该分支回路的________会自动断开，防止火灾。 18．跨学科实践：为家庭电路做设计 【项目提出】 小光家正在准备装修改造，请你根据小光家的实际情况，帮助他为家庭电路设计一个安全、节能、合理的方案。并结合物理知识，协助他完成电路的优化。 【项目分析】 (1)小光家厨房有下列用电器，当它们同时正常工作时，要求厨房回路的低压断路器（空气开关）的额定电流至少为___________A。小光观察后发现，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。表格中的用电器消耗电能最快的是___________，其工作5 min消耗的电能为___________J。 家用电器 功率/kW 数量 电饭煲 0.7 1台 微波炉 0.7 1台 电烤箱 0.8 1台 照明灯 0.02 1盏 电冰箱 0.2 1台 【项目实施】 (2)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___________，当人站在地上不小心接触相线，电流经过人体流入大地，该装置迅速切断电路，对人体起到保护作用。 【展示交流】 (3)请结合家中用电器的调查和使用情况，尝试分析家庭用电安全隐患，总结一条生活中的安全用电原则：___________。 19．李明接完如图甲所示的电路，闭合开关后发现无论怎样改变滑动变阻器滑片的位置，小灯泡都不亮。他想到了电工师傅在检查电路时所用的“查障器”，如图乙所示，利用它可以检查家庭电路中出现的故障。 (1)李明把塑料尺、金属回形针、铅笔芯、橡皮擦分别接在“查障器”的a、b两端，当接入________或________时，小灯泡会发光。 (2)李明把“查障器”的a、b端分别接入图甲电路的不同位置，得到下表所示的实验结果。 连接位置 小灯泡两端 滑动变阻器两端 电流表两端 开关两端（断开） “查障器”小灯泡的发光情况 不亮 亮 亮 不亮 由上述结果可判断电路的故障可能是________。 (3)李明想用“查障器”检查家中用电器的接地情况。他首先断开家庭电路的总开关，把要检查的用电器的插头插入三孔插座，再把a端接在用电器的金属外壳上，b端接在保护线上，灯亮则表示金属外壳接地良好。依你判断，这种方案________（选填“可行”或“不可行”）。 20．跨学科实践 为家庭电路做设计 小明家准备装修，他根据家里的用电需要，从安全、节能、合理角度提出了一个简单的家庭电路设计方案。活动依据“项目提出—项目分析—项目实施—展示交流”的研究流程开展，设计的家庭电路配电分支回路方案如图甲所示。 (1)根据实际需求，空调分支回路选用的导线横截面积应比照明分支回路的_____。 (2)插座分支回路的插座外壳上标有“10 A”字样，该支路允许接入电路的最大功率为_________W； 空调专门设置了一个分支回路，其原因是_________。 (3)家庭电路中安装了各种保险装置，某次家庭电路中由于短路造成电流过大，这时电路中的_________ （选填“漏电保护器”或“空气开关”）会跳闸保护电路。 (4)请在如图乙所示的家庭电路示意图中，用笔画线代替导线将照明灯及其控制开关、三孔插座正确接入电路。 (5)我们在思想上要有安全用电意识，在行动上要遵守安全用电原则。请你写出一条安全用电原则____________________________________。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $