电功率和安全用电 教学简案.doc

电功率和安全用电 教学简案课程导入 阅读感悟 信息1 随着社会的不断进步，我们家里的用电器也越来越多，用电高峰期时，我们打开电灯，发现电灯没有深夜时那么亮，这说明电灯的实际电压和实际功率都比额定值要低为了满足广大用户大规模用电，政府对城乡电网进行了改造 信息2 小明家里用电火锅涮羊肉，当接通电源时保险丝就烧断了连续几次后，小明用了一根铜丝来代替保险丝，到现在一切都正常小明的结论是：在电路中铜丝可代替保险丝，其实电路可以不加保险丝 请你思考 （1）为什么要进行电网改造？电网改造的好处有哪些？_ （2）你认为小明的结论正确吗？为什么？_探究新知学点1 电路中电流过大的原因 实验探究 探究影响电路中电流过大的原因 实验1 把家庭电路里其他的用电器关掉，只让一只100 W的灯泡发光，过一会儿去摸一摸总闸刀外面的绝缘壳，外壳不热 实验2 关掉电灯，单独将一只1 500 W的电炉插入插座，过一会儿再去摸一下总闸刀外壳，发现外壳微热 实验3 将家里的电炉（1 500 W）、空调（1 500 W）、电饭锅（800 W）、电热水器（1 500 W）同时工作，过一会儿再去摸一下总闸刀外壳，你会发现外壳很热，线路发热 问题研讨 问题1：总闸刀外壳很热的原因是什么？ 答：_ 问题2：为了安全，应进行“线路改造”，“线路改造”的对象是什么？ 答：_ 知识归纳 影响电路中电流过大的原因 （1）接入的电器过多（功率过大） P总P1P2P3 P总U（I1I2I3）UI总因家庭电路中电压是220 V不变，由P总UI总可知，I总P总/U，即P总越大，则I总越大如图8-5-1 （2）短路：某一段电路两端直接用导线连接起来，使这段电路的电阻极小（趋近为零），电路中电流变得过大，如图8-5-2所示 例1 （2005年广东省）炎热的夏天到了，小军的父亲想添置一台1 000 W的空调机，他要小军从安全用电方面考虑，帮助解决这一问题为此小军对家中的用电情况进行了调查，记录如表 （1）试通过计算说明小军家中原有电路上再安装这样一台空调是否安全？ （2）为了保证小军家能安装这台空调机，请你从安全用电的角度考虑，帮助小军提出合理的解决办法用电器额定功率数量照明灯40 W8盏彩电100 W1台洗衣机150 W1台电冰箱100 W1台电饭煲750 W1个闸刀开关上保险丝的熔断电流为10 A电能表上标有“220 V，10 A” 解析 电路是否安全，要从安全用电的角度考虑，如要关注电能表电路中的总功率等于各用电器的功率之和再根据PIU进行计算或判断 答案 （1）电能表允许负载最大功率P最大UI220 V10 A2 200 W， 现有用电器总功率：P现有40 W8100 W150 W100 W750 W1 420 W， 如果再装上空调机，总功率为1 420 W1 000 W2 420 W2 200 W，超过电能表允许负载最大的电功率，所以不能再安装一台1 000 W的空调机 （2）换用允许通过电流更大的电能表；另外单独安装电线供空调机专用；换用熔断电流更大的保险丝，或不同时使用电饭煲和空调特别提示 电路中的电流过大会使得保险丝熔断或空气开关跳闸，甚至电路起火解后反思 为了安全用电，应注意不要让干路电流超过家里供电线路和电能表所允许的最大值，为此，要防止同时使用很多大功率的用电器如果家里要添置新的大功率用电器，应先算一算它的电流，看电路中总电流是否超过供电线路和电能表允许的最大值 例2 在下列现象中：插座中的两个线头相碰；开关中的两个线头相碰：电路中增加了大功率用电器；户外输电线绝缘皮损坏可能引起家中保险丝熔断的是（ ）A只有B只有C只有D只有 解析 保险丝熔断了，说明电路中的电流过大，造成电路中电流过大的原因有：大功率用电和电路中出现短路现象短路是火线和零线直接相连如A选项的情景，而开关中的两个线头相碰，只能算作是开关闭合了，不是短路现象户外线即使短路也不会烧家庭电路中的保险丝，而烧的是干路线上的总保险丝 答案 D学点2 保险丝 实验探究 探究保险丝和铜丝的熔断电流谁大 实验 如图8-5-3，A、B和B、C接线柱间是一段保险丝，C、D接线柱间是一段铜丝它们的长度相同，AB段保险丝面积最大，BC和CD段面积相同，接通电源前，将滑动变阻器的滑片置于阻值最大处，接通电源后，移动滑动变阻器的滑片，观察三段金属丝的变化 现象 先熔断的是BC段保险丝 问题研讨 问题1：保险丝熔断的原因是什么？先熔断保险丝BC说明了什么？ 答：_ 问题2：电路中常用保险丝作为电路的“保护神”，它一定保险吗？ 答：_ 知识归纳 保险丝 1保险丝 （1）作用：电路中电流超过规定值时，能自动熔断，切断电路 （2）材料：电阻比较大，熔点比较低的铅锑合金 （3）选择：使其额定电流等于或稍大于电路中最大正常工作电流 （4）连接：一般只接一根在火线上，且与保护的电路串联 （5）规格：保险丝越粗，额定电流越大，熔断电流越大（熔断电流是额定电流的2倍）特别提示 不能用过粗或过细的保险丝过粗起不到保险作用，过细容易造成经常性断电，更不能用铜丝、铁丝代替保险丝 2空气开关（如图8-5-4） （1）作用：当电路中发生短路、过载（功率过大）等原因导致电流过大时，由铁芯、衔铁、线圈和弹簧组成的保险装置（电磁继电器）就会自动脱扣，即开关自动断开，切断电路，俗称跳闸 （2）接线方法：单线式接法：接在火线上双线式接法：分别接入火线和零线特别提示 空气开关跳闸后，应待故障排除，再将闸刀开关合上 例3 保险丝的主要作用是（ ）A保证电路的电压不变B保证电路的电流不变C保护人体的安全D在电流超过规定值时自动切断电路 解析 保险丝是由熔点低，电阻率大的材料制成由QWI2R可知，保险丝消耗电能而发热与电路中的电流大小有关；与其自身的电阻大小有关，电流越大，会加速保险丝熔断的进程而不同型号的保险丝R不同，其允许通过的电流值也不同 答案 D 例4 在农村学校的照明电路中，不少学校总开关处的保险丝常会莫名其妙地熔断（线路无故障），并且一般都是断在保险丝的上部在按要求换新保险丝后，总是保持不了多长时间，有时即使换接更大规格的保险丝，也照样不能改变频繁断电的情形尤其是在夏季，这种保险丝“过敏”现象更易出现你能根据所学的知识分析其中的原因并找出解决的办法吗？ 解析 保险丝位于闸刀开关的下方，闸刀开关是靠金属间的弹性接触而导电的如果对闸刀开关的安装使用不当或闸刀本身的质量较差，都会使它产生一定的接触电阻，由PI2R可知，这个电阻即使只有零点几欧，闸刀的耗电功率也会很大这样一来，闸刀在不长时间内就会产生大量的热，当保险丝的温度达到熔点时便熔断，对此，超规格的保险丝也常无济于事由以上分析可知，保险丝的“过敏”是由较大的接触电阻引起的因此解决保险丝“过敏”的关键在于实现闸刀开关各处的“零电阻”接触 答案 如图8-5-5，保险丝上方的闸刀中的刀片A与其两端的弹片B、C接触不良（分点接触或面接触，如图8-5-6），造成闸刀具有一定电阻，由PI2R可知，闸刀放热沿金属弹片往下传给保险丝，保险丝上部的温度先达到熔点而断开夏季温度高，散热条件差，保险丝更易“过敏” 解决办法：（1）选用高质量的闸刀开关；（2）正确地安装使用思维延伸 保险丝的种类很多：如限流保险丝（本例所提到的这一种）、限压保险丝、限温保险丝等易忽略点提示 安装注意点：进出线的连接要紧密，并尽量增大接触面积，接保险丝时，应紧拧螺钉将保险丝稍压扁； 使用注意点：推拉闸刀应干脆利落，合闸时，刀片一定要推到位，不能半接触拓广延伸 知识拓展 如何选择保险丝接入保险盒中 例5 保险丝的规格常用额定电流来表示，选用保险丝时，应使它的额定电流等于或略大于电路中的最大工作电流下表所示的是常用的铅锑合金保险丝的规格直径（mm）额定电流（A）熔断电流（A）直径（mm）额定电流（A）熔断电流（A）0.28120.71360.321.12.20.813.757.50.351.252.50.985100.361.352.71.026120.401.531.257.5150.461.853.71.5110200.52241.6711220.542.254.51.7512.5250.602.551.981530 （1）由表中的数据你能得到哪些有关保险丝的知识？（写出3条）A._；B._；C._ （2）小华家照明电路中有“PZ 22040”的电灯4盏，功率为60 W的电风扇1台，1 000 W的电热水器1个，请你帮他正确选择一种规格的保险丝 解析 通过对表中数据进行分析可知，保险丝的直径在增加，额定电流和熔断电流也在增加对于每种保险丝来说，其熔断电流是额定电流的2倍先要计算出总功率，再计算总电流，才能根据电路中的总电流选择保险丝 答案 （1）A保险丝的直径越大，额定电流越大；B保险丝的熔断电流是额定电流的2倍；C保险丝有不同规格，家用电路要选择合适的保险丝 （2）P总440601 0001 220 W P总IU I5.45 A 查表可知：应选取直径为1.02 mm，额定电流为6 A的保险丝 点评 （1）选用保险丝应以其“额定电流”为标准，而不能以其“熔断电流”为标准： （2）在家庭电路中，选用保险丝的规格还应与电能表和导线的允许电流相匹配 总之，家庭电路中的线路应讲求规格配套，从电能表到导线、保险丝等要按总功率或总电流来选配，切不可“超载” 思维发散 保险丝的安装 例6 小明想探究电路中怎样接保险丝更安全，利用测电笔、220 W电炉、2 A保险丝、插座，设计以下三种方案： 方案一：将保险丝接在零线上（如图8-5-7甲）；方案二：将保险丝接在火线上（如图8-5-7乙）；方案三：在火线或零线上各接一根保险丝（如图8-5-7丙） （1）当把电炉插入插座中时，通过保险丝中瞬间电流多大？ （2）在图甲、乙中当保险丝熔断后，用测电笔分别检测a、b、c、d四点，测电笔氖管发光吗？ （3）在图丙中如果零线上的保险丝先熔断，用测电笔检测e、f两点，测电笔氖管发光吗？此时电炉带电吗？你认为此时修理电炉安全吗？ （4）由以上实验，你认为接大功率用电器的插座，如何接入保险丝更安全？ 解析 此题为一探究性实验，可以根据安全用电的原则来判断当保险丝烧断后是否安全，从而探究出最佳方案 答案 （1）当把电炉引线插入插座时，通过保险丝中瞬间的电流为I1 A （2）在图甲、乙中保险丝熔断后，用测电笔分别检测a、b、c、d四点，测电笔氖管只在测a处发光，因为甲图中保险丝接在插座与零线之间，保险丝熔断后，a与火线连接，所以a处氖管发光 （3）在图丙中如果零线上的保险丝先熔断，测电笔检测e、f点，由于零线处断路，而e点仍然与火线连接，所以e点测电笔氖管发光，电炉与火线连接而带电，不安全 （4）接大功率的用电器的插座，在插座与火线之间接保险丝更安全 点评 选购插座也应注意：不同型号的插座其允许通过的电流也有一定的限制，超过其允许值会使得插座发热而引起火灾课时作业一、教材习题 P53“动手动脑学物理”15题二、补充习题1（2005年云浮市）下列做法中，符合安全用电原则的是（ ）A保险丝断了，可以用铜丝或铁丝替代B家用电器金属外壳要接地C有人触电，应该迅速用手将他拉开，使其与电线分离D用湿抹布擦正在发光的电灯泡2（2005年广西柳州市、北海市改实验区）下列说法不符合安全用电的是（ ）A低于36 V的电压是安全的B不要用湿手触摸电器C家庭电路不能同时使用过多的大功率用电器D保险丝熔断后，换用一根比原来粗得多的保险丝，使之不易熔断3某家庭电路中，已有两盏灯正常发光，如果再使用一个电熨斗，则该电路的（ ）A总电流变大B总电压变小C总电阻变大D总功率变小4家庭照明电路中，常使用一种外壳由塑料制成的“空气开关”，它可以代替闸刀开关和熔断器如果某同学家安装的“空气开关”的额定电流为5 A，则由这一只“空气开关”控制的用电器的总功率为（ ）A不大于110 WB不大于1 100 WC不大于5 kWD不小于1 000 W5（2005年常州市）下表为某型“新科”空调铭牌上的部分数据，关于这种型号的空调，下列说法正确的是（ ）额定电压220 V频率50 Hz额定制冷功率1 100 W额定制热功率1 320 WA空调的专用熔丝的额定电流应略大于6 AB空调的专用熔丝的额定电流应略大于5 AC若正常工作且连续制冷0.5 h，空调消耗的电能为0.66 kWhD若正常工作且连续制热0.5 h，空调消耗的电能为0.55 kWh7（2005年黄冈市）高兴同学家里照明电路中，自动空气开关突然自动断开（即跳闸现象），发生这种现象的原因可能是（ ）A电路中同时使用的用电器总功率过大B电路中出现开路C电路中出现通路D电路中总电阻过大8（2005年庐江）请根据图8-5-8所示的情景提出一个与物理知识有关的问题做出简答： 问题：_ 简答：_9照图8-5-9所示那样，在C和D之间接上保险丝，在A和B之间接上铜丝，接通电源电灯_（填“正常”或“不”）发光，保险丝_（填“熔断”或“不熔断”）断开电源，在B和D之间连上一根导线，再接通电源，保险丝_，电灯_发光由此可以得出：_是电路中电流过大的一个原因10小波家最近搬进了新居，他注意到家中漏电保护器上的一些数据从这些数据和说明文字中你获得了哪些信息？请写在下面的横线上20 A200 V额定漏电工作电流30 mA额定漏电不工作电流15 mA漏电分断时间0.1 s（1）_；（2）_；（3）_参考答案课程导入 问题示例：（1）满足大功率用电的需要，电网改造的好处有：提高了用电的安全性；提高了用电器的电压；减少了线路能耗；提高了输电功率 （2）小明的结论不正确，开始出现的现象是由于保险丝型号小了后来用铜丝，若出现短路，后果是：烧干路的保险丝；线路起火探究新知问题研讨 问题1：总闸刀外壳很热的原因是：大功率用电 问题2：“线路改造”的对象是：（1）换用更粗的输电线；（2）换用承担功率更大的电能表和允许通过更大电流的闸刀、插座、保险丝；（3）更换输电变压器问题研讨 问题1：保险丝熔断的原因是：发热量大、熔点比铜丝低而保险丝越粗允许通过的电流越大 问题2：首先它对人不保险，其次型号不对也起不到保险的作用课时作业一、教材习题 “动手动脑学物理”（P53）提示与解答 第1题提示：先查资料，找出图中所示的每种家用电器的电功率总的电功率等于接入电路中所有的用电器功率的和，算出总的电功率后，运用公式算出干路中的电流（家庭电路中电压为220 V）也可以先运用公式算出每个用电器中通过的电流，再根据并联电路中干路电流等于各支路电流的和，把每个用电器中电流加起来，得到干线中的电流 第2题解答：判断电能表是否超负荷，把家里所有用电器的功率加起来，