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高中物理粤教版 (2019)必修 第三册第五节 家庭电路与安全用电学案及答案
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这是一份高中物理粤教版 (2019)必修 第三册第五节 家庭电路与安全用电学案及答案，共19页。
知识点一 家庭用电
1．家用电器
(1)简称家电，包括电视机、空调机、电冰箱、洗衣机、录像机、音响系统、微波炉、电磁炉、电热水壶、电饭煲、电风扇、电暖器等。
(2)家电的总体发展趋势是逐步实现数字化、智能化和网络化。
(3)家电一般包含控制部分、工作部分和安全部分。控制部分用于控制家电的运转，工作部分是实现家电功能的核心，安全部分则用于防止各种原因损害家电或者造成事故。
2．家庭电路的组成：一般由供电线路、电能表、总开关、保险设备、插座、导线、用电器等组成，如图所示：
家庭电路示意图
3．电能表
供电线路在接其他元件之前，首先接在电能表上。电能表用来测量用户在一定时间内消耗的电能。
4．总空气开关
空气开关又叫空气断路器，是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的装置。总空气开关安装在电能表之后，专线空气开关之前。
5．插座
在家庭电路中插座是为了给可移动电器供电，分为固定插座和可移动插座，又可分为两孔插座和三孔插座，三孔插座的两个孔分别接火线和零线，另一孔是接地的，这样在把三脚插头插入时，会把用电器的金属外壳和大地连接起来。
6．用电器
各用电器之间并联连接，使各用电器两端的电压均为220V，用电器的控制开关要接在火线上，不允许接在零线上，大功率家电需要用专线连接。
空气断路器及触电保护器，都对用电安全有重大作用，因而电路中必须安装。
知识点二 安全用电和节约用电
1．安全用电
(1)电能表和供电导线应与所用的家电匹配。
(2)为安全起见，最好使用固定插座。
(3)电源插头应该与插座匹配。
(4)使用三脚插头的电器比两脚插头的电器更安全。
2．节约用电与环境保护
(1)节约用电
家用电器的选择要根据家庭人口和实际需要，不要盲目地追求大型化；应该参考能效标识，选择高能效节能产品，减少能源消耗和对环境的污染；合理配置照明电器，尽量选用发光效率高的节能光源。家电的使用应符合节约用电的原则，养成良好习惯，例如电器停止使用时要及时切断电源等。
(2)环境保护
科学地回收和循环利用被淘汰的家电，既可以减少环境污染，又能产生良好的经济效益。
1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)触电保护器可检测到触电或漏电。(√)
(2)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。(×)
(3)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。(√)
2．填空
小明家的限电器允许通过的最大电流是10A，他家有2个标有“220V 40W”的日光灯，4只标有“220V 15W”的灯泡，1个标有“220V 1000W”的热水器，1台合计起来有160W的电脑，1台制冷时耗电为140W的电冰箱，1台耗电为80W的电视机，1台标有“220V 1200W”的空调。由此可知：小明家的这些用电器不可以(选填“可以”或“不可以”)同时使用。
如图为常用的插座，上面为两孔插座，下面为三孔插座。
试探究：什么情况下要求用三孔插座？
[提示] 三孔插座一般是用于金属外壳的用电器，比如冰箱等。金属外壳导电，有时由于漏电，使金属外壳上带电，很容易伤人，用三孔插座可以接地线，把漏的电导走，更安全。
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：在家庭电路中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。
3．电功的国际单位是焦耳(J)，焦耳这个单位太小，通常用较大的单位千瓦时(kW·h)，1kW·h＝3.6×106J。千瓦时俗称度。
【典例1】 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
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
思路点拨：(1)保险丝熔断是电流太大。
(2)拉线开关中两根导线的线头相碰，开关不起作用。
B [选项A中过载可以引起保险丝熔断，A错误；选项D中插座中两根导线的线头相碰，发生短路，也会使保险丝熔断，D错误；选项C中保险丝额定电流太小也可能使保险丝熔断，C错误；选项B中拉线开关线头相碰，开关不起作用，不会使保险丝熔断，B正确。]
[跟进训练]
1．关于家庭电路，下列说法正确的是( )
A．家庭电路采用的是电压为220V的交流电
B．洗衣机、电冰箱等家用电器都使用三孔插座，是为了节约用电
C．在家庭电路中，已有两盏灯正常发光，若再打开电视，则电路中的总电流变小
D．可以用铜丝代替保险丝，这样可以防止断电
A [家用电路采用的是电压为220V的交流电，故A正确；使用三孔插座，是为了防止因漏电而发生触电事故，故B错误；在家庭电路中，并联的用电器越多，总电阻越小，家庭电路的电压220V不变，则电路中的总电流变大，故C错误；铜丝不断电则无法起到保护电路的作用，故D错误。]
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)不要在同一插座上同时使用多个大功率的用电器，以免流过插座的电流太大，容易引起火灾。
(5)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。
3．常见故障处理
(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。
【典例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。下表提供了一组人的部分人体电阻平均值数据：
(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？
思路点拨：(1)在表格中查出对应的电阻数值，可算出倍数。
(2)由欧姆定律I＝UR可求出电流。
[解析] (1)n1＝200kΩ5kΩ＝40，n2＝300kΩ8kΩ≈38，n3＝800kΩ10kΩ＝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＝220V5kΩ＝44mA，I2＝220V8kΩ＝27.5mA，I3＝220V10kΩ＝22mA。
(3)由上述计算知，潮湿时导电电流都大于20mA，所以上述各种情况均有危险。
(4)通过用电器R的电流IR＝PRU＝1500W220V≈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
[跟进训练]
2．如图甲所示为某家庭使用的智能电饭煲，其铭牌如图乙所示。假定该家庭用此电饭煲每天煮饭两次，每次在额定功率下工作30min，电价1kW·h为0.54元。则该电饭煲( )
A．工作时的额定电流为0.41A
B．保温时的电流为0.2A
C．每次煮饭需消耗电能4.5kW·h
D．一年因煮饭而产生的电费约为177元
D [由题图可知，额定电流I＝PU＝900W220V≈4.1A，选项A错误；保温时电流I′＝P'U＝30W220V≈0.14A，选项B错误；每次煮饭消耗电能W1＝900×10-3kW×12h＝0.45kW·h，选项C错误；一年因煮饭而产生的电费0.45×2×365×0.54元＝177.39元，选项D正确。]
1．故障1，在台灯开关断开的情况下，把台灯插头插入插座时，室内其他电灯全部熄灭，保险丝熔断；故障2，有时是在台灯插头插入插座后，闭合台灯开关，室内其他电灯熄灭，保险丝熔断。引起这两种故障的最大可能是( )
A．前者是插座短路，后者是灯泡短路
B．前者是插头短路，后者是灯泡短路
C．两者都是插座短路
D．两者都是插头短路
B [家庭电路中的保险丝熔断，是由于电路中的电流过大引起。而产生电流过大的原因有两个：一是用电器总功率过大，二是发生短路。由生活常识可知台灯的功率一般较小，所以造成保险丝熔断的原因不会是台灯的功率过大。由台灯插头未插入插座时，室内电灯正常发光可知插座处没有短路。在台灯开关断开的情况下，把台灯插头插入插座时，室内其他灯全部熄灭，保险丝熔断，这是由于插头短路引起；在台灯插头插入插座后，闭合开关室内其他灯熄灭，保险丝熔断，这是由于灯泡短路造成。由以上分析可判定选项B正确。]
2．在家庭安全用电中，下列做法正确的是( )
A．使接线插板负载太大 B．电器失火先断电源
C．用钢丝代替熔断丝 D．手抓电线拔出插头
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，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断丝，当电路短路或者用电量增大了，不容易熔断，会造成火灾隐患，故C错误；D项中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，故D错误。]
3．某同学为测量家里一盏灯的实际功率，他只开亮这一盏灯，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________。
[解析] 消耗的电能W＝93000×3.6×106J＝1.08×104J
灯泡的实际功率P＝Wt＝1.08×1043×60W＝60W。
[答案] 60W
4．(新情境题，以“电能表”为背景，考查电功率、电能)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。请你估算1台电脑显示器的待机功率约为多大？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＝53000×3.6×106J＝6×103J
1台电脑显示器消耗的电能
W′＝W20＝6×103J20＝300J
1台电脑显示器的待机功率
P＝W't＝30060W＝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] 见解析
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．试写出空气开关的作用。
[提示] 空气开关也叫空气断路器，只要电路中电流超过额定电流，它就会自动断开。
2．用电时发生火灾主要是什么原因造成的？
[提示] 短路和过载。
3．为什么要节约用电？
[提示] 减少能源消耗，还可以减少环境污染。
课时分层作业(十四) 家庭电路与安全用电
题组一 家庭电路组成
1．如图所示，一盏电灯接在家庭电路中，当开关S闭合时，电灯不亮，用测电笔分别接触A、B、C、D时，发现A、B、C三点处测电笔的氖管发光，D点处测电笔的氖管不发光，则电路中的故障原因是( )
A．开关S接触不良
B．灯泡的灯丝断了
C．导线CD间有断路
D．无法确定
C [A、B、C三点发光，即三点和火线是连通的，断路处是在C、D之间，C正确。]
2．下列插座中最适合有儿童的家庭使用的是( )
A B C D
B [家用电压为220V，不是安全电压，选项A、C、D均没有包住铜导线，不够安全，故选项B正确。]
3．从安全用电的角度出发，下列做法存在安全隐患的有( )
A．用电器金属外壳应该接地线
B．不要在同一插座上同时使用几个大功率用电器
C．要定期检查用电器插头，特别是大功率用电器插头
D．洗衣机、洗碗机等易潮湿用电器不用接地线
D [有电动机的家用电器、在潮湿环境中使用的电器、具有金属外壳的电器和其他规定使用接地的家用电器必须做好接地保护，否则外壳容易带电。多个电器接在同一插座上，当同时开启这些电器时，会造成瞬间电流很大，电压下降，影响电器正常工作，甚至因插座连接线超负荷而发热引起火灾。用电器插头如果破损，人体接触到破损部位容易造成触电事故，破损处容易造成短路事故，故D正确。]
题组二 安全用电及节约用电
4．某同学自己在家看电视，突然发现电视机冒了烟，他采取的措施正确的是( )
A．马上跑到外面去喊人
B．立即断开电源，远离电视机，同时打开门窗
C．继续观察，看发生什么后果
D．心里害怕，自己走开了也不知怎么办才好
B [触电和用电设备发生故障时，首先是切断电源，避免由此引起的火灾，严禁用水扑灭。继续观察和外出喊人都会造成事故向更坏的方向发展，故B正确。]
5．(多选)电热水器金属内胆出水口加接一段曲长管道，在电热水器漏电且接地线失效时，能形成“防电墙”，保障人的安全。如图所示，当热水器漏电且接地线失效时，其金属内胆与大地间电压为220V，由于曲长管道中水具有电阻(简称“隔电电阻”)，因而人体两端的电压不高于12V，下列说法正确的是( )
A．曲长管道应选用不易导电的材料制成
B．曲长管道应选用导电性能好的材料制成
C．“隔电电阻”大于“人体电阻”，且两者串联
D．热水器漏电且接地线失效时，“防电墙”使人体内无电流通过
AC [曲长管道应选用不易导电的材料制成，否则管道和管道中水的总电阻会大大减小，人体会不安全，A正确，B错误；由题图可知，曲长管道中水的电阻与人体电阻串联，由串联电路电压与电阻成正比可知，“隔电电阻”大于“人体电阻”，C正确；热水器漏电且接地线失效时，人体中有电流，但是较小，D错误。]
6．为了降低碳排放，应当大力开发和利用下列能源中的( )
A．石油 B．太阳能
C．天然气D．煤
B [要减小碳排放量，就必须大力开发非化石能源，即不含碳元素的能源，石油、天然气和煤都含有碳元素，而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，B正确。]
7．(多选)模拟煤气管道是否漏气通常使用气敏电阻传感器(如图甲所示)。某气敏电阻的阻值随空气中煤气浓度的增大而减小，某同学用该气敏电阻R1设计了如图乙所示的电路，R为滑动变阻器，a、b间接报警装置。当a、b间电压高于某临界值时，装置将发出警报。则( )
A．煤气浓度越高，a、b间电压越高
B．煤气浓度越高，流过R1的电流越小
C．煤气浓度越低，电源的功率越大
D．调整滑动变阻器R的阻值会影响报警装置的灵敏度
AD [煤气浓度越高气敏电阻R1阻值越小，电路总电阻越小，由闭合电路欧姆定律可知，电路电流I越大，则流过R1的电流越大，变阻器两端电压U＝IR越大，即a、b间电压越高，故A正确，B错误；煤气浓度越低，气敏电阻R1越大，电路总电阻越大，电路电流I越小，电源功率P＝EI越小，故C错误；调整滑动变阻器R的阻值会改变a、b间的电压，从而影响报警器的灵敏度，故D正确。]
8．如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一个“10V 9W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3m2，平均1小时得到的太阳辐射能为4×105J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时。问：(结果保留整数)
(1)太阳能节能灯的能量转化情况；
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
[解析] (1)能量转化：太阳能→电能→光能(热能)。
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率P＝4×1050.3×1×3600W≈370W。
(3)节能灯利用太阳能的效率
η＝9×10×36004×105×8×100%≈10%。
[答案] (1)见解析 (2)370W (3)10%
9．某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电8kW·h。为了节约能源，如果建议大家都把室内设定温度提高1℃，这样每台空调机每天可节省6%的电能。那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准烧煤的热值是2.92×107J/kg，发电厂的发电效率是30%。请计算一下：这项节能建议的实现能为我们后辈留下多少吨标准煤？
[解析] 设可节省的电能为E，则E＝8×6%×60×20×104kW·h＝5.76×106kW·h≈2.1×1013J，设可为后辈留下标准煤质量为m，则由能量守恒定律有2.92×107J/kg×m×30%＝E，解得m≈2.4×106kg＝2.4×103t。
[答案] 2.1×1013J 2.4×103t
10．家电待机耗电问题常常被市民所忽视。据有关部门测量，电视机待机一天的耗电量在0.2度左右。据统计某市的常住人口900多万人，以家庭300万户，用电器平均每天待机20小时计，参考表中数据。
试估算每年该市家庭用电器待机耗电总量约为多少？(结果保留一位有效数字)
[解析] 一户人家家电待机总功率为P＝10W＋2W＋2×3W＋10W＝28W，一户人家因待机一天消耗的电能为E0＝28×20×3600J＝2.016×106J，则每年该市家庭用电器待机耗电总量为E＝300×104×365×E0，代入数据并转换为度为单位可得E＝6.132×108度，故每年该市家庭用电器待机耗电总量约为6×108度。
[答案] 6×108度
11．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？
[解析] P＝3800W，U＝220V
I＝PU＝3800220A≈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
12．据有关资料统计，汽车尾气排放造成的空气污染目前已占整个污染源的一半以上。在这种情况下，目前研制开发的太阳能汽车具有更好的发展前景。如图是某研究所研制的太阳能汽车，它是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动的一种新型汽车。设太阳光照射到电池板上的辐射功率为7kW。在晴朗的天气里，太阳能电池对着太阳时产生的电压为160V，并对车上的电动机提供12A的电流。
(1)在这种情况下电动机消耗的电功率是多大？
(2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，当汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力为180N，则在1min内这辆汽车行驶了多少米？
[解析] (1)电动机消耗的电功率
P＝UI＝160V×12A＝1920W。
(2)由P＝W电t得，W电＝Pt＝1920W×60s＝115200J
由题意W机＝W电·η＝115200J×75%＝86400J
又由W机＝Fs得，汽车行驶的距离
s＝W机F＝86400180m＝480m。
[答案] (1)1920W (2)480m
13．某地要把河水抽高20m进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380V，此时输入电动机的电功率为19kW，电动机的内阻为0.4Ω。已知水的密度为1×103kg/m3，重力加速度取10m/s2，求：
(1)电动机内阻消耗的热功率；
(2)将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)。
[解析] (1)设电动机的电功率为P，由P＝UI得
I＝PU＝19kW380V＝50A
设电动机内阻r消耗的热功率为Pr，则
Pr＝I2r＝502×0.4W＝1×103W＝1kW。
(2)设蓄水总质量为M，所用蓄水时间为t。
已知抽水高度为h＝20m，容积为V＝864m3，水的密度为ρ＝1×103kg/m3，则
M＝ρV＝1×103×864kg＝8.64×105kg
设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp，则
ΔEp＝Mgh＝1.728×108J
设电动机的输出功率为P0，则P0＝P－Pr＝18kW
根据能量守恒定律得P0t×60%×80%＝ΔEp
代入数据解得将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间t＝2×104s。
[答案] (1)1kW (2)2×104s
学习任务
1．知道常见的家用电器、总空气开关和电能表，了解其工作原理。知道家庭电路的组成，能解释相关的现象。
2．理解总空气开关和电能表在电路中的作用，能根据实际用电功率选择合适的电能表等，学会科学用电。
3．能体会科技发展对人类生活和社会发展的影响，能将安全用电和节约用电的知识应用于生活实际，知道保护环境、科学用电的重要意义。
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
200kΩ
1.1×10-3A
5kΩ
手与脚之间
300kΩ
7.3×10-4A
8kΩ
手与塑料鞋底之间
800kΩ
2.8×10-4A
10kΩ
家庭常用电器
电视机
洗衣机
空调
电脑
户均数量(台)
1
1
2
1
电器待机功耗(W/台)
10
2
3
10
常用铅锡合金熔丝的技术数据(铅95%，锡5%)
额定电流
I/A
2
2.6
3.3
4.8
7
11
15
18
22
直径
d/mm
0.508
0.61
0.71
0.915
1.22
1.63
2.03
2.34
2.65
知识点一 家庭用电
1．家用电器
(1)简称家电，包括电视机、空调机、电冰箱、洗衣机、录像机、音响系统、微波炉、电磁炉、电热水壶、电饭煲、电风扇、电暖器等。
(2)家电的总体发展趋势是逐步实现数字化、智能化和网络化。
(3)家电一般包含控制部分、工作部分和安全部分。控制部分用于控制家电的运转，工作部分是实现家电功能的核心，安全部分则用于防止各种原因损害家电或者造成事故。
2．家庭电路的组成：一般由供电线路、电能表、总开关、保险设备、插座、导线、用电器等组成，如图所示：
家庭电路示意图
3．电能表
供电线路在接其他元件之前，首先接在电能表上。电能表用来测量用户在一定时间内消耗的电能。
4．总空气开关
空气开关又叫空气断路器，是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的装置。总空气开关安装在电能表之后，专线空气开关之前。
5．插座
在家庭电路中插座是为了给可移动电器供电，分为固定插座和可移动插座，又可分为两孔插座和三孔插座，三孔插座的两个孔分别接火线和零线，另一孔是接地的，这样在把三脚插头插入时，会把用电器的金属外壳和大地连接起来。
6．用电器
各用电器之间并联连接，使各用电器两端的电压均为220V，用电器的控制开关要接在火线上，不允许接在零线上，大功率家电需要用专线连接。
空气断路器及触电保护器，都对用电安全有重大作用，因而电路中必须安装。
知识点二 安全用电和节约用电
1．安全用电
(1)电能表和供电导线应与所用的家电匹配。
(2)为安全起见，最好使用固定插座。
(3)电源插头应该与插座匹配。
(4)使用三脚插头的电器比两脚插头的电器更安全。
2．节约用电与环境保护
(1)节约用电
家用电器的选择要根据家庭人口和实际需要，不要盲目地追求大型化；应该参考能效标识，选择高能效节能产品，减少能源消耗和对环境的污染；合理配置照明电器，尽量选用发光效率高的节能光源。家电的使用应符合节约用电的原则，养成良好习惯，例如电器停止使用时要及时切断电源等。
(2)环境保护
科学地回收和循环利用被淘汰的家电，既可以减少环境污染，又能产生良好的经济效益。
1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)触电保护器可检测到触电或漏电。(√)
(2)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。(×)
(3)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。(√)
2．填空
小明家的限电器允许通过的最大电流是10A，他家有2个标有“220V 40W”的日光灯，4只标有“220V 15W”的灯泡，1个标有“220V 1000W”的热水器，1台合计起来有160W的电脑，1台制冷时耗电为140W的电冰箱，1台耗电为80W的电视机，1台标有“220V 1200W”的空调。由此可知：小明家的这些用电器不可以(选填“可以”或“不可以”)同时使用。
如图为常用的插座，上面为两孔插座，下面为三孔插座。
试探究：什么情况下要求用三孔插座？
[提示] 三孔插座一般是用于金属外壳的用电器，比如冰箱等。金属外壳导电，有时由于漏电，使金属外壳上带电，很容易伤人，用三孔插座可以接地线，把漏的电导走，更安全。
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：在家庭电路中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。
3．电功的国际单位是焦耳(J)，焦耳这个单位太小，通常用较大的单位千瓦时(kW·h)，1kW·h＝3.6×106J。千瓦时俗称度。
【典例1】 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
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
思路点拨：(1)保险丝熔断是电流太大。
(2)拉线开关中两根导线的线头相碰，开关不起作用。
B [选项A中过载可以引起保险丝熔断，A错误；选项D中插座中两根导线的线头相碰，发生短路，也会使保险丝熔断，D错误；选项C中保险丝额定电流太小也可能使保险丝熔断，C错误；选项B中拉线开关线头相碰，开关不起作用，不会使保险丝熔断，B正确。]
[跟进训练]
1．关于家庭电路，下列说法正确的是( )
A．家庭电路采用的是电压为220V的交流电
B．洗衣机、电冰箱等家用电器都使用三孔插座，是为了节约用电
C．在家庭电路中，已有两盏灯正常发光，若再打开电视，则电路中的总电流变小
D．可以用铜丝代替保险丝，这样可以防止断电
A [家用电路采用的是电压为220V的交流电，故A正确；使用三孔插座，是为了防止因漏电而发生触电事故，故B错误；在家庭电路中，并联的用电器越多，总电阻越小，家庭电路的电压220V不变，则电路中的总电流变大，故C错误；铜丝不断电则无法起到保护电路的作用，故D错误。]
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)不要在同一插座上同时使用多个大功率的用电器，以免流过插座的电流太大，容易引起火灾。
(5)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。
3．常见故障处理
(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。
【典例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。下表提供了一组人的部分人体电阻平均值数据：
(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？
思路点拨：(1)在表格中查出对应的电阻数值，可算出倍数。
(2)由欧姆定律I＝UR可求出电流。
[解析] (1)n1＝200kΩ5kΩ＝40，n2＝300kΩ8kΩ≈38，n3＝800kΩ10kΩ＝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＝220V5kΩ＝44mA，I2＝220V8kΩ＝27.5mA，I3＝220V10kΩ＝22mA。
(3)由上述计算知，潮湿时导电电流都大于20mA，所以上述各种情况均有危险。
(4)通过用电器R的电流IR＝PRU＝1500W220V≈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
[跟进训练]
2．如图甲所示为某家庭使用的智能电饭煲，其铭牌如图乙所示。假定该家庭用此电饭煲每天煮饭两次，每次在额定功率下工作30min，电价1kW·h为0.54元。则该电饭煲( )
A．工作时的额定电流为0.41A
B．保温时的电流为0.2A
C．每次煮饭需消耗电能4.5kW·h
D．一年因煮饭而产生的电费约为177元
D [由题图可知，额定电流I＝PU＝900W220V≈4.1A，选项A错误；保温时电流I′＝P'U＝30W220V≈0.14A，选项B错误；每次煮饭消耗电能W1＝900×10-3kW×12h＝0.45kW·h，选项C错误；一年因煮饭而产生的电费0.45×2×365×0.54元＝177.39元，选项D正确。]
1．故障1，在台灯开关断开的情况下，把台灯插头插入插座时，室内其他电灯全部熄灭，保险丝熔断；故障2，有时是在台灯插头插入插座后，闭合台灯开关，室内其他电灯熄灭，保险丝熔断。引起这两种故障的最大可能是( )
A．前者是插座短路，后者是灯泡短路
B．前者是插头短路，后者是灯泡短路
C．两者都是插座短路
D．两者都是插头短路
B [家庭电路中的保险丝熔断，是由于电路中的电流过大引起。而产生电流过大的原因有两个：一是用电器总功率过大，二是发生短路。由生活常识可知台灯的功率一般较小，所以造成保险丝熔断的原因不会是台灯的功率过大。由台灯插头未插入插座时，室内电灯正常发光可知插座处没有短路。在台灯开关断开的情况下，把台灯插头插入插座时，室内其他灯全部熄灭，保险丝熔断，这是由于插头短路引起；在台灯插头插入插座后，闭合开关室内其他灯熄灭，保险丝熔断，这是由于灯泡短路造成。由以上分析可判定选项B正确。]
2．在家庭安全用电中，下列做法正确的是( )
A．使接线插板负载太大 B．电器失火先断电源
C．用钢丝代替熔断丝 D．手抓电线拔出插头
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，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断丝，当电路短路或者用电量增大了，不容易熔断，会造成火灾隐患，故C错误；D项中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，故D错误。]
3．某同学为测量家里一盏灯的实际功率，他只开亮这一盏灯，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________。
[解析] 消耗的电能W＝93000×3.6×106J＝1.08×104J
灯泡的实际功率P＝Wt＝1.08×1043×60W＝60W。
[答案] 60W
4．(新情境题，以“电能表”为背景，考查电功率、电能)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。请你估算1台电脑显示器的待机功率约为多大？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＝53000×3.6×106J＝6×103J
1台电脑显示器消耗的电能
W′＝W20＝6×103J20＝300J
1台电脑显示器的待机功率
P＝W't＝30060W＝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] 见解析
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．试写出空气开关的作用。
[提示] 空气开关也叫空气断路器，只要电路中电流超过额定电流，它就会自动断开。
2．用电时发生火灾主要是什么原因造成的？
[提示] 短路和过载。
3．为什么要节约用电？
[提示] 减少能源消耗，还可以减少环境污染。
课时分层作业(十四) 家庭电路与安全用电
题组一 家庭电路组成
1．如图所示，一盏电灯接在家庭电路中，当开关S闭合时，电灯不亮，用测电笔分别接触A、B、C、D时，发现A、B、C三点处测电笔的氖管发光，D点处测电笔的氖管不发光，则电路中的故障原因是( )
A．开关S接触不良
B．灯泡的灯丝断了
C．导线CD间有断路
D．无法确定
C [A、B、C三点发光，即三点和火线是连通的，断路处是在C、D之间，C正确。]
2．下列插座中最适合有儿童的家庭使用的是( )
A B C D
B [家用电压为220V，不是安全电压，选项A、C、D均没有包住铜导线，不够安全，故选项B正确。]
3．从安全用电的角度出发，下列做法存在安全隐患的有( )
A．用电器金属外壳应该接地线
B．不要在同一插座上同时使用几个大功率用电器
C．要定期检查用电器插头，特别是大功率用电器插头
D．洗衣机、洗碗机等易潮湿用电器不用接地线
D [有电动机的家用电器、在潮湿环境中使用的电器、具有金属外壳的电器和其他规定使用接地的家用电器必须做好接地保护，否则外壳容易带电。多个电器接在同一插座上，当同时开启这些电器时，会造成瞬间电流很大，电压下降，影响电器正常工作，甚至因插座连接线超负荷而发热引起火灾。用电器插头如果破损，人体接触到破损部位容易造成触电事故，破损处容易造成短路事故，故D正确。]
题组二 安全用电及节约用电
4．某同学自己在家看电视，突然发现电视机冒了烟，他采取的措施正确的是( )
A．马上跑到外面去喊人
B．立即断开电源，远离电视机，同时打开门窗
C．继续观察，看发生什么后果
D．心里害怕，自己走开了也不知怎么办才好
B [触电和用电设备发生故障时，首先是切断电源，避免由此引起的火灾，严禁用水扑灭。继续观察和外出喊人都会造成事故向更坏的方向发展，故B正确。]
5．(多选)电热水器金属内胆出水口加接一段曲长管道，在电热水器漏电且接地线失效时，能形成“防电墙”，保障人的安全。如图所示，当热水器漏电且接地线失效时，其金属内胆与大地间电压为220V，由于曲长管道中水具有电阻(简称“隔电电阻”)，因而人体两端的电压不高于12V，下列说法正确的是( )
A．曲长管道应选用不易导电的材料制成
B．曲长管道应选用导电性能好的材料制成
C．“隔电电阻”大于“人体电阻”，且两者串联
D．热水器漏电且接地线失效时，“防电墙”使人体内无电流通过
AC [曲长管道应选用不易导电的材料制成，否则管道和管道中水的总电阻会大大减小，人体会不安全，A正确，B错误；由题图可知，曲长管道中水的电阻与人体电阻串联，由串联电路电压与电阻成正比可知，“隔电电阻”大于“人体电阻”，C正确；热水器漏电且接地线失效时，人体中有电流，但是较小，D错误。]
6．为了降低碳排放，应当大力开发和利用下列能源中的( )
A．石油 B．太阳能
C．天然气D．煤
B [要减小碳排放量，就必须大力开发非化石能源，即不含碳元素的能源，石油、天然气和煤都含有碳元素，而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，B正确。]
7．(多选)模拟煤气管道是否漏气通常使用气敏电阻传感器(如图甲所示)。某气敏电阻的阻值随空气中煤气浓度的增大而减小，某同学用该气敏电阻R1设计了如图乙所示的电路，R为滑动变阻器，a、b间接报警装置。当a、b间电压高于某临界值时，装置将发出警报。则( )
A．煤气浓度越高，a、b间电压越高
B．煤气浓度越高，流过R1的电流越小
C．煤气浓度越低，电源的功率越大
D．调整滑动变阻器R的阻值会影响报警装置的灵敏度
AD [煤气浓度越高气敏电阻R1阻值越小，电路总电阻越小，由闭合电路欧姆定律可知，电路电流I越大，则流过R1的电流越大，变阻器两端电压U＝IR越大，即a、b间电压越高，故A正确，B错误；煤气浓度越低，气敏电阻R1越大，电路总电阻越大，电路电流I越小，电源功率P＝EI越小，故C错误；调整滑动变阻器R的阻值会改变a、b间的电压，从而影响报警器的灵敏度，故D正确。]
8．如图所示是一种太阳能草坪节能灯，太阳能电池板供一个“10V 9W”的电子节能灯工作，若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3m2，平均1小时得到的太阳辐射能为4×105J，太阳光平均一天按8小时计算，恰好可以供电子节能灯工作10小时。问：(结果保留整数)
(1)太阳能节能灯的能量转化情况；
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率大约是多少？
(3)太阳能节能灯利用太阳能的效率大约是多少？
[解析] (1)能量转化：太阳能→电能→光能(热能)。
(2)太阳能电池板单位面积上接收太阳能的功率P＝4×1050.3×1×3600W≈370W。
(3)节能灯利用太阳能的效率
η＝9×10×36004×105×8×100%≈10%。
[答案] (1)见解析 (2)370W (3)10%
9．某市有20万台空调机，每台空调机在夏季平均使用60天，每天耗电8kW·h。为了节约能源，如果建议大家都把室内设定温度提高1℃，这样每台空调机每天可节省6%的电能。那么这样做能使该市在夏季节省多少电能？已知标准烧煤的热值是2.92×107J/kg，发电厂的发电效率是30%。请计算一下：这项节能建议的实现能为我们后辈留下多少吨标准煤？
[解析] 设可节省的电能为E，则E＝8×6%×60×20×104kW·h＝5.76×106kW·h≈2.1×1013J，设可为后辈留下标准煤质量为m，则由能量守恒定律有2.92×107J/kg×m×30%＝E，解得m≈2.4×106kg＝2.4×103t。
[答案] 2.1×1013J 2.4×103t
10．家电待机耗电问题常常被市民所忽视。据有关部门测量，电视机待机一天的耗电量在0.2度左右。据统计某市的常住人口900多万人，以家庭300万户，用电器平均每天待机20小时计，参考表中数据。
试估算每年该市家庭用电器待机耗电总量约为多少？(结果保留一位有效数字)
[解析] 一户人家家电待机总功率为P＝10W＋2W＋2×3W＋10W＝28W，一户人家因待机一天消耗的电能为E0＝28×20×3600J＝2.016×106J，则每年该市家庭用电器待机耗电总量为E＝300×104×365×E0，代入数据并转换为度为单位可得E＝6.132×108度，故每年该市家庭用电器待机耗电总量约为6×108度。
[答案] 6×108度
11．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？
[解析] P＝3800W，U＝220V
I＝PU＝3800220A≈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
12．据有关资料统计，汽车尾气排放造成的空气污染目前已占整个污染源的一半以上。在这种情况下，目前研制开发的太阳能汽车具有更好的发展前景。如图是某研究所研制的太阳能汽车，它是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动的一种新型汽车。设太阳光照射到电池板上的辐射功率为7kW。在晴朗的天气里，太阳能电池对着太阳时产生的电压为160V，并对车上的电动机提供12A的电流。
(1)在这种情况下电动机消耗的电功率是多大？
(2)如果这辆汽车的电动机将电能最终转化为机械能的效率为75%，当汽车在水平路面上匀速行驶时，受到的牵引力为180N，则在1min内这辆汽车行驶了多少米？
[解析] (1)电动机消耗的电功率
P＝UI＝160V×12A＝1920W。
(2)由P＝W电t得，W电＝Pt＝1920W×60s＝115200J
由题意W机＝W电·η＝115200J×75%＝86400J
又由W机＝Fs得，汽车行驶的距离
s＝W机F＝86400180m＝480m。
[答案] (1)1920W (2)480m
13．某地要把河水抽高20m进入蓄水池，用一台电动机通过传动效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380V，此时输入电动机的电功率为19kW，电动机的内阻为0.4Ω。已知水的密度为1×103kg/m3，重力加速度取10m/s2，求：
(1)电动机内阻消耗的热功率；
(2)将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间(不计进、出水口的水流速度)。
[解析] (1)设电动机的电功率为P，由P＝UI得
I＝PU＝19kW380V＝50A
设电动机内阻r消耗的热功率为Pr，则
Pr＝I2r＝502×0.4W＝1×103W＝1kW。
(2)设蓄水总质量为M，所用蓄水时间为t。
已知抽水高度为h＝20m，容积为V＝864m3，水的密度为ρ＝1×103kg/m3，则
M＝ρV＝1×103×864kg＝8.64×105kg
设质量为M的河水增加的重力势能为ΔEp，则
ΔEp＝Mgh＝1.728×108J
设电动机的输出功率为P0，则P0＝P－Pr＝18kW
根据能量守恒定律得P0t×60%×80%＝ΔEp
代入数据解得将蓄水池蓄入864m3的水需要的时间t＝2×104s。
[答案] (1)1kW (2)2×104s
学习任务
1．知道常见的家用电器、总空气开关和电能表，了解其工作原理。知道家庭电路的组成，能解释相关的现象。
2．理解总空气开关和电能表在电路中的作用，能根据实际用电功率选择合适的电能表等，学会科学用电。
3．能体会科技发展对人类生活和社会发展的影响，能将安全用电和节约用电的知识应用于生活实际，知道保护环境、科学用电的重要意义。
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
200kΩ
1.1×10-3A
5kΩ
手与脚之间
300kΩ
7.3×10-4A
8kΩ
手与塑料鞋底之间
800kΩ
2.8×10-4A
10kΩ
家庭常用电器
电视机
洗衣机
空调
电脑
户均数量(台)
1
1
2
1
电器待机功耗(W/台)
10
2
3
10
常用铅锡合金熔丝的技术数据(铅95%，锡5%)
额定电流
I/A
2
2.6
3.3
4.8
7
11
15
18
22
直径
d/mm
0.508
0.61
0.71
0.915
1.22
1.63
2.03
2.34
2.65
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