高二上学期物理鲁科版(2019)必修第三册课件：4.4科学用电

第4节科学用电

一、家庭用电【情境思考】什么是电线短路,发生短路的原因是怎样的?提示:短路是火线和零线直接接触形成的。发生短路的原因可能是线路绝缘不良,也可能是操作不当。1.家庭电路的组成:家庭电路一般由两根进户线、_______、保险设备、用电器、_____、导线、开关等组成。2.空气断路器:空气断路器,又称空气开关,只要电路中的电流_____额定电流,它就会自动断开。3.熔丝的作用:熔丝,又称保险丝。当线路发生故障,电路中通过的电流过大时,熔丝会迅速_____,以保护整个线路。电能表插座超过熔断4.触电保护器:如图所示,触电保护器中的电子线路能检测到由于触电或漏电所形成的其他电流通路引起的_________变化,从而自动切断电路,防止事故发生。微小电流二、安全用电【情境思考】某同学家里的保险丝突然熔断,可能是什么原因导致的?提示:保险丝熔断,说明干路中电流过大。短路和过载都可以导致电路中电流过大。比如家用电器的总功率过大,导线绝缘皮损坏,火线、零线直接接触造成短路,灯座里的电线发生短路等都有可能。1.短路的危害:短路或过载导致电路中的电流过大,根据Q=____,此电路在短时间内产生大量的热量,烧坏用电器,造成火灾。2.大功率电器的危害:当使用大功率电器时,由I=知,电压220V不变,功率变大,电流变大,线路中损失的电压变大,从而使用电器两端的电压变小_________工作。3.人体触电:触电一般是人直接或间接接触带电体造成的。触及65V以上的交流电就可能危及生命,只有小于36V的交流电才对人体比较安全。I2Rt不能正常4.安全用电常识:(1)湿手_______带电设备,不用湿布擦带电设备,并且要防止用电器受潮。(2)使用家用电器时一定要仔细阅读_______,特别是用电注意事项。移动家用电器时要断开电源。拔取电源线时,应当手持插头,切勿直接牵拉电源线,以免损坏电源线,或者造成接头脱落。(3)不能负载过大,否则容易导致危险。使用电热器具时要注意防止发生火灾。冬天使用电暖器时,人一离开就要_________。(4)遇到电气设备冒火,要迅速_________,不要带电泼水救火。(5)若有人触电,不能直接接触触电的人,应迅速切断电源,或用_____的木棒、竹竿将电线挑开。不接触说明书停止使用拉闸断电干燥三、节约用电【情境思考】我国每年因电视机待机所消耗的电能就达2.5×109kW·h,相当于250万盏1kW的灯昼夜不停点亮多少天?提示:2.5×109kW·h的电能相当于一盏1kW的灯昼夜不停点亮2.5×109h,如果是250万盏灯可点亮1000h,按一天24h算大约为41天。1.节约用电,可以减少_____消耗,缓解能源紧张问题,还可以减少环境污染。2.节约1kW·h的电能意味着节约了0.4kg煤、____净水,减少排放0.272kg碳粉尘、0.015kg_________。

3.节电意识:不要让家电长期处于_____状态,冰箱不要塞满食物,冬季空调温度不要设置_____,夏季不要设置_____。能源4L待机过高过低氮氧化物【易错辨析】(1)用电器的电功率越大,电流做功越多。 ()(2)功率是1kW的空调正常工作一小时所消耗的电能是1J。 ()(3)选择熔丝时,应该使它的额定电流等于或稍小于电路的最大正常工作电流。()(4)在选择电线时,应该使电线的安全电流稍大于最大正常工作电流。 ()(5)当出现短路故障时,漏电保护器会自动切断电路。 ()×××√×知识点一家庭电路和用电故障1.家庭电路组成:(1)一般组成框图。

(2)进户线。①火线:火线跟零线间的电压是220V。②零线:零线是与大地相连的,正常情况下零线跟大地之间的电压是0V。③地线:在家庭里直接与大地相通的导线,这是为了安全另外加接的。火线与地线之间的电压是220V,零线与地线之间的电压是0V。2.故障处理:(1)短路故障的处理:查明短路原因并排除故障后换上同样的熔丝,绝对不能换用比原来粗的熔丝或者其他材料的金属丝。(2)断路故障的处理:一般情况是接线螺丝松脱、电线接头处接触不良、导线断裂等。在确认电源没有停电的情况下,可以使用测电笔逐段排查断路点。使用测电笔时要注意安全,手绝对不能接触笔尖的金属部分。(3)漏电故障的处理:仔细检查灯座、吊线盒、开关、插座等容易漏电处,再检查电线连接处、电线穿墙处、电线转弯处等电线绝缘层容易受损的部位。【问题探究】家庭电路中的保险丝烧断了,选择尽量粗的保险丝替换可以吗?提示:用钢丝或尽量粗的保险丝替换时对电路不会起到保护作用;用小于正常工作电流的保险丝又使电路不能正常工作,故一般选择等于或稍大于电路中最大正常工作电流的保险丝。【典例示范】【典例】某家庭要安装一套家庭供热水系统。所选用电热水器的技术参数中标有:“加热功率/电压3800W/220V”。若需要为电热水器安装一个熔断器,参考下列数据并通过计算说明,应该选择多大直径的熔丝?常用铅锡合金熔丝的技术数据(铅95%,锡5%)额定电流I/A22.63.34.8711151822直径d/mm0.5080.610.710.9151.221.632.032.342.65【解析】P=3800W,U=220V,I=A≈17.27A,查表可得,应选用直径为2.34mm、额定电流为18A的熔丝。答案:2.34mm【素养训练】1.如图所示,闭合电键S后,发现电灯L不亮,且保险丝没有熔断。某同学测试灯头的两根电线C、D,发现这两处都能使测电笔的氖管发光,再用测电笔测试火线A和零线B时,氖管在测火线A时能发光,在测零线B时不发光。那么可以判定故障是 (

)A.火线和零线短路B.电灯L短路C.电线AC段某处断路D.电线BD段某处断路

【解析】选D。用排除法来判断,如果火线和零线短路或电灯L短路,都会使电路中电流过大,造成保险丝熔断,故A、B不符合题意;若AC段某处断路,会使C与火线脱离接触,就不会使测电笔的氖管发光,而BD段某处断路一方面造成电灯不能发光,另一方面D点通过灯丝与火线连通,能使氖管发光。2.家庭电路中的保险丝熔断了,以下原因中不可能的是 (

)A.使用的用电器总功率过大B.拉线开关中两根导线的线头相碰了C.保险丝的规格不符合规定的要求D.插座中的两根导线的线头相碰了【解析】选B。选项A过载可以引起保险丝熔断;选项D插座中的两根导线的线头相碰,发生短路,也会使保险丝熔断;选项C也可;选项B中拉线开关线头相碰火线接通,不会使保险丝熔断。【加固训练】小宇同学准备检查生活用电线路是否有问题,他先断开所有用电器和总开关,然后将火线上的保险丝取下,换上一只额定电压为220V的灯泡,闭合总开关,发现灯泡正常发光。由此判断 (

)A.线路安装完全正确,因为灯泡正常发光B.线路安装不正确,电路中有短路C.线路安装不正确,电路中有断路D.仅由此不能判断线路是否有问题【解析】选B。保险丝与用电器是串联连接的,将火线上的保险丝取下,换上的灯泡与电路中原来的用电器也是串联的。如果原来的电路没有问题,那么它们的总电压是220V,这个换上的灯泡因实际电压低于额定电压而不能正常发光,现在发现这个换上的灯泡正常发光,说明它的电压就是220V,也就是原来的用电器两端电压为零,即电路中有短路。知识点二家庭安全用电及节约用电1.家庭安全用电必须注意以下几点:(1)高度重视,谨防触电:接触、搬运电器时,头脑中要时刻想着避免触电,不能大意;要定期检查用电器的插头,大功率用电器的插头极易因过热而损坏,更要注意。(2)避免短路:短路时电路中的电流非常大,轻则电源、电线烧毁,重则发生火灾,酿成大祸;从插座拔出插头时要手握插头,切勿用力拉扯电线,以免电线绝缘皮破损或插座接头脱落,形成短路。(3)电器金属外壳应该接地线:容易潮湿的电器如洗衣机等更要接地。(4)避免大功率电器同时使用:不要在同一插座上同时使用几个大功率的用电器,以免流过插座的电流太大,引起火灾。(5)避免火灾:不要让纸张等易燃物过分靠近电灯、电饭锅、电炉等。2.节约用电:(1)养成良好的用电习惯,记住随手关闭不使用的用电器。(2)节约用电,坚持可持续发展。【问题探究】日常生活中常有人说:这只电灯真亮,是多少“度”的?这种说法对吗?如不对,应怎样说?提示:不对。度是能量单位,应该说是多少瓦。【典例示范】【典例】当李老师最后离开计算机机房要去关闭总电闸时,发现电能表(如图所示)的转盘仍在缓慢地转动。他用手表粗略地估测了一下。1min转盘转动了5r。经检查发现,原来机房内还有20台电脑显示器处于待机状态。请你算算1台电脑显示器的待机功率约为多大?并就此问题联系实际谈谈在日常生活中如何节约用电?

【解析】20台电脑显示器消耗的电能W=×3.6×106J=6×103J1台电脑显示器消耗的电能W′==300J1台电脑显示器的待机功率P=W=5W节约用电要从小事做起,如平时不使用电视时,最好要关闭电源,不要使其处于待机状态。答案:5W见解析【素养训练】1.在家庭安全用电中,下列做法正确的是 (

)

【解析】选B。A项中,负载过大可能烧坏接线插板,引起短路,甚至引起火灾,该做法错误,故A错误。B项中,发生火灾后,若不先切断电源就用水浇灭电火,火会灭,但此时人若接触到水,就会触电,发生更大的危险,即使是使用泡沫灭火器,也要先断电,因为泡沫也导电。所以遇到火灾时,先切断电源是正确的做法,故B正确。C项中,如果用钢丝代替熔丝,当电路短路或者用电量增大时,不容易熔断,会造成火灾隐患,这种做法错误,故C错误。用手抓电线拔出插头,容易把插头里面的线扯坏,有时会把绝缘层弄坏致使触电,所以这种做法不正确,故D错误。2.现代家庭电器化程度越来越高,安全用电是一个十分突出的问题。下表提供了一组部分人的人体电阻平均值数据:测量项目完全干燥时出汗或潮湿时电阻电流(加220V)电阻电流(加220V)手与手之间200kΩ1.1×10-3A5kΩ手与脚之间300kΩ7.3×10-4A8kΩ手与塑料鞋底之间800kΩ2.8×10-4A10kΩ

(1)从表中可看出干燥时电阻大约是潮湿时电阻的

倍。

(2)在空格中填入对人体加220V电压后的电流值。(3)若对人的安全电流是20mA以下,上述哪几项是十分危险的?_____________。

(4)电路上有规格为10A的熔丝(俗称保险丝),如图所示,用电器R的功率是1500W,这时通过熔丝的实际电流是多少?人体出汗或潮湿时,手脚触电,为什么熔丝不会断?

【解析】(1)n1==40,n2==80。所以干燥时电阻大约是潮湿时电阻的38～80倍。(2)潮湿时电流分别为:I1==44mA,I2==27.5mA,I3==22mA。(3)由上述计算知,潮湿时电流都大于20mA,所以上述各种情况均有危险。(4)通过用电器R的电流IR==6.8A,人的手脚触电时通过人体的电流I2=27.5mA=0.0275A,通过熔丝的总电流为I=IR+I2=6.8275A<10A,故熔丝不会熔断。答案:(1)38～80

(2)44mA

27.5mA

22mA(3)潮湿时各种情况均有危险(4)见解析【拓展例题】考查内容:家用电器常见故障的排除【典例】一个家庭电路中的用电器原来都在正常工作,把台灯插头插入插座时,闭合台灯开关后,家中电灯突然熄灭,原因可能是 (

)A.台灯的灯丝断了B.台灯插头处短路C.台灯的电线原来是断路的D.台灯灯座接线柱处短路【解析】选D。台灯插头插入插座前,家用电器正常工作,把台灯插头插入插座时,闭合台灯开关后,家用电灯突然熄灭。说明台灯接线处电路短路,导致突然熄灭。故D正确,A、B、C错误。故选D。【生活情境】很多家用电器都有待机功能,比如电视可以用遥控器关机而不必断开电源。这一功能虽给人们带来了方便,但电器在待机状态下仍有能耗。表中是小明家两台电器的数据统计。探究:(1)这两台电器每天待机共耗电多少度?(2)若能及时断开电源,他家每月可以节约多少电费?(电价为0.5元/度,每月按30天计算)家用电器待机功率P/kW每天平均待机时间t/h电视0.00820机顶盒0.01222【解析】(1)电视每天待机耗电:W1=0.008×20度=0.16度,机顶盒每天待机耗电:W2=0.012×22度=0.264度,总共每天耗电0.424度。(2)若能及时断开电源,每月可节约电费:0.424×30×0.5元=6.36元。答案:(1)0.424度(2)6.36元【生产情境】相距11km的A、B两地用两根导线输电,由于受暴风雨影响,在两地之间某处一棵树倒在两根导线上造成故障,工人师傅为查明事故地点,先在A地两端加12V电压,在B地两端测得电压10V,在B地两端加12V电压后,在A地两端测得电压4V。探究:故障处距A地多远?

【解析】设A到大树处两段导线的总电阻是RA,B到大树处两段导线的总电阻是RB,大树电阻是R0,A地加电压12V,串联电路中电压和电阻成正比,故: ①B地加电压12V,故 ②由①②得:A到大树处的距离是sA,B到大树处的距离是sB=11km-sA,根据电阻定律,电阻与长度成正比,故:解得:sA=1km。答案:故障处距A地1km1.(多选)关于安全用电,下列说法正确的是 (

)A.不用手或导电物去接触、探试电源插座内部B.可以用湿布擦拭电器C.电器使用完毕后应拔掉电源插头D.发现有人触电要设法及时切断电源课堂检测·素养达标【解析】选A、C、D。若用手或导电物去接触、探试电源插座内部,容易引起短路,故A正确;用湿布擦拭电器容易发生触电事故,故B错误;电器使用完毕后应拔掉电源插头,可以消除安全隐患,故C正确;发现有人触电要设法及时切断电源,保证人身安全,D正确。2.关于家庭线路的安装,下列说法不正确的是 (

)A.照明线不要与插座线合用B.所有插座线均要通过漏电保护器C.开关应控制火线D.火线、零线都安装保险丝【解析】选D。照明线若与插座线合用有安全隐患,故A正确;插座线通过漏电保护器,能保护家用电器,故B正确;开关控制火线,以免发生漏电事故,故C正确;保险丝应安装在火线上,故D错误。

3.某同学为测量家里一盏灯的实际功率,他只开这一盏灯,观察电度表转盘在3min内转了9转,若每千瓦时该表转3000转,则这只灯泡的实际功率为(

)A.30W

B.60WC.600W D.120W【解析】选B。消耗的电能W=×3.6×106J=1.08×104J,灯泡的实际功率P=W=60W。【加固训练】电冰箱工作时,应当使用图中的

插座,这是为了使电冰箱的外壳接地,保证安全工作。表中是某电冰箱的部分技术参数,它正常工作时,使用的是

电源(选填“交流”或“直流”),电压是

V,若压缩机连续正常工作1h,将消耗电量

kW·h。【解析】为了防止触电,使用的插座应选用有接地线的三孔插座,即图中的乙,这样能把电冰箱的外壳连接大地,保证安全工作。由表中的标称值可知冰箱使用的是频率为50Hz的交流电源;电冰箱电压为220V,正常工作1h消耗的电能:W=Pt=0.2kW×1h=0.2kW·h。答案:乙交流220

0.2

额定电压频率额定功率容积220V50Hz200W180L4.(教材二次开发·P117【节练习】T4变式)电饭锅的工作原理如图所示,煮饭时开关是闭合的,红色指示灯亮;饭熟后(当时的温度大约为103℃),开关S自动断开,黄灯亮。

(1)电阻R1的作用是保护红色指示灯不会因电流过大而烧毁,R1与电饭锅发热板的等效电阻相比,二者大小应有什么关系?为什么?(2)通常情况下,用这种电饭锅烧水时它的自动断电功能能不能起作用?为什么?【解析】(1)R1应该远大于发热板的等效电阻。因为R1和红灯只起指示作用,消耗的电功率远小于发热板的功率,两者又是并联接入电路的,电压相同,所以流过R1和红灯的电流应远小于流过发热板的电流,因此R1应该远大于发热板的等效电阻。(2)不能。通常情况下水的沸腾温度为100℃,当水烧开时水温不会达到103℃,所以自动断电功能不起作用。答案:见解析课时素养评价十六科学用电【合格性考试】

(15分钟·30分)一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)1.下列做法中符合安全用电的是 (

)A.直接用湿手接触带电设备B.移动家用电器前先断开电源C.遇到电器设备冒火立即泼水灭火D.发现有人触电时直接用手去拉触电者【解析】选B。安全用电原则:不接触低压带电体,不靠近高压带电体;根据安全用电原则进行分析。本题考查用电安全小常识,要注意学会如何应对用电时的突发情况。则B正确,A、C、D错误。2.室内有几种用电器:1.5kW的电饭煲、200W的电冰箱、750W的取暖器、250W的电视机和2kW的空调器。如果进线处有13A的保险丝,供电电压为220V,下列情况下不可能同时使用的是 (

)A.电饭煲和电冰箱B.取暖器和空调器C.电饭煲和空调器D.电冰箱、电视机和空调器【解析】选C。当保险丝达到最大电流时电路中的总功率P总=UI=220×13W=2860W,电饭煲和电冰箱同时使用的功率为:P1=1500W+200W=1700W<2860W,可以同时使用,故A错误;取暖器和空调器同时使用的功率为:P2=750W+2000W=2750W<2860W,可以同时使用,故B错误;电饭煲和空调器同时使用的功率为:P3=1500W+2000W=3500W>2860W,不可以同时使用,故C正确;电冰箱、电视机和空调器同时使用的功率为:P4=200W+250W+2000W=2450W<2860W,可以同时使用,故D错误。3.如图所示是某一电器的铭牌。从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的电器可能是 (

)【解析】选A。电风扇的额定功率一般为24W,电饭煲的额定功率一般为750W,电熨斗的功率一般为300～500W,电热壶的功率一般为1.5kW～2kW,从图中知,额定功率为24W,所以对应电器为电风扇,故A正确。B、C、D错误。【加固训练】如图所示为某家庭使用的智能电饭锅的铭牌。假定该家庭用此电饭锅每天煮饭两次,每次在额定功率下工作30分钟,电价为0.54元/kW·h。则该电饭锅 (

)A.工作时的额定电流为0.41AB.保温时的电流为0.2AC.每次煮饭需消耗电能4.5kW·hD.一年因煮饭而产生的电费约为177元【解析】选D。根据P=UI知I=A=4.1A,故A错误;保温时,I=A=0.136A,故B错误;每次煮饭消耗电能W=Pt=0.9kW×0.5h=0.45kW·h,故C错误;一年因煮饭消耗的电能为365×2W=365×2×0.45kW·h=328.5kW·h,所花的钱为328.5×0.54元=177.39元,故D正确;A、B、C错误。4.普通家庭在家用电器的选购上,基本上要考虑以下的原则 (

)①选购产品的功能越丰富越好,无需考虑是否适合自身需求②与家居适应的技术参数、外形结构、产品质量、售后服务以及品牌③选购产品越先进越好,价格越昂贵越好,设计越时尚越好④为了环保,冰箱应选无氟电冰箱,照明用具尽量选用发光效率高的节能光源A.①②

B.②