资源简介

(共38张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：19.3 跨学科实践 - 为家庭电路做设计
副标题：科学规划 安全优先 实用高效
幻灯片 2：实践背景与目标
背景意义：家庭电路是家庭生活的 “血脉”，科学合理的电路设计不仅能保障用电安全，还能提升生活便利性和能源利用效率。本次实践结合物理学、建筑学、安全工程等多学科知识，培养综合设计能力。
核心目标：
掌握家庭电路设计的基本原则和流程，能根据家庭需求规划电路布局。
合理配置电能表、开关、插座等元件，确保电路安全可靠。
结合不同房间功能设计专用电路，满足用电器使用需求。
形成规范的电路设计方案，包含电路图、元件清单和安全说明。
幻灯片 3：家庭电路设计的基本原则
安全第一原则：
所有设计符合国家电气规范，元件参数匹配电路负荷，避免过载或短路风险。
地线连接可靠，金属外壳用电器必须接入地线，开关接在火线上。
保险装置（空气开关）按回路配置，实现分级保护。
实用高效原则：
插座和开关位置符合生活习惯，方便使用（如床头设置双控开关、厨房多设插座）。
大功率用电器（空调、电热水器）单独设回路，避免与其他用电器共用。
电路布局简洁，减少导线长度和接头，降低能耗和故障概率。
灵活拓展原则：
预留未来用电需求接口（如智能家居设备、新能源汽车充电桩）。
主线和分支线容量适当超前，适应家庭用电负荷增长。
幻灯片 4：家庭电路设计的基本流程
步骤 1：需求分析与户型调研
绘制家庭户型图，标注房间功能（客厅、卧室、厨房、卫生间等）。
统计各房间用电器清单：包括类型、功率、安装位置（如客厅的空调、电视；厨房的冰箱、微波炉）。
确定特殊需求：如智能家居控制、备用电源接口、儿童安全插座等。
步骤 2：电路回路规划
按房间或功能划分回路（如照明回路、插座回路、大功率用电器专用回路）。
计算各回路总功率，确定导线规格和空气开关额定电流（导线载流量需大于回路最大电流）。
步骤 3：元件选型与布局设计
根据功率和安全标准选择电能表、空气开关、导线、插座、开关等元件。
在户型图上标注各元件安装位置：插座高度、开关位置、用电器接线点。
步骤 4：绘制电路图与方案完善
绘制电气原理图，标注回路连接、元件参数和导线规格。
检查设计合理性：回路负荷是否均衡、安全距离是否符合标准、是否预留拓展空间。
幻灯片 5：户型与用电器需求分析示例
示例户型：两室一厅一厨一卫（面积约 80㎡）。
各房间用电器清单及功率：
客厅：空调（1.5 匹，约 1200W）、电视（150W）、灯具（60W）、插座（供手机充电、扫地机器人等，总功率约 300W）。
主卧：空调（1 匹，约 800W）、灯具（40W）、插座（电脑、台灯等，约 500W）。
次卧：灯具（30W）、插座（约 200W）。
厨房：冰箱（150W）、微波炉（1000W）、电水壶（1500W）、油烟机（200W）。
卫生间：电热水器（2000W）、灯具（30W）、排气扇（50W）。
需求总结：需重点考虑厨房和卫生间大功率用电器，单独设置回路；空调需专用插座和回路。
幻灯片 6：电路回路规划设计
回路划分方案：
照明总回路：所有房间灯具串联在同一回路，总功率约 60+40+30+30=160W，电流\( I = \frac{P}{U} = \frac{160W}{220V} 0.7A \)，选用 1.5mm 铜导线，10A 空气开关。
客厅插座回路：电视、扫地机器人等，总功率约 150+300=450W，电流≈2A，1.5mm 导线，10A 空气开关。
卧室插座回路：主卧和次卧插座，总功率约 500+200=700W，电流≈3.2A，1.5mm 导线，10A 空气开关。
厨房专用回路：冰箱、微波炉、电水壶等，总功率约 150+1000+1500+200=2850W，电流≈13A，2.5mm 导线，16A 空气开关（冰箱可单独设回路，避免总开关跳闸后断电）。
卫生间专用回路：电热水器、排气扇，总功率约 2000+50=2050W，电流≈9.3A，2.5mm 导线，16A 空气开关（电热水器需带漏电保护器）。
空调专用回路：客厅空调（1200W）+ 主卧空调（800W），总功率 2000W，电流≈9.1A，2.5mm 导线，16A 空气开关（或分设两个空调回路）。
回路保护：总开关选用 40A 带漏电保护的空气开关，各分回路空气开关按功率配置，实现 “总保护 + 分保护” 双重安全机制。
幻灯片 7：元件选型与规格参数
核心元件选型：
电能表：根据家庭总功率选择，总功率≈1200+150+60+800+40+500+30+200+150+1000+1500+200+2000+30+50=7910W，电流≈36A，选用 “220V 10 (40) A” 电能表。
导线：照明回路用 1.5mm 铜导线（载流量约 10A），插座回路用 2.5mm 铜导线（载流量约 16A），大功率回路（厨房、空调）用 2.5mm 或 4mm 铜导线。
插座：普通插座选 10A 两孔 + 三孔插座；空调、电热水器等大功率用电器选 16A 三孔插座，与普通插座外观区分。
开关：照明开关选单控或双控（如卧室门口和床头双控），大功率回路开关带漏电保护。
选型依据：导线载流量需大于回路最大电流，插座和开关额定电流需匹配用电器功率，确保长期安全运行。
幻灯片 8：各区域电路布局设计
客厅布局：
沙发两侧各设 1 个 10A 插座（供手机充电、落地灯），电视墙设 3-4 个 10A 插座（电视、机顶盒、音响）。
空调安装位置预留 16A 专用插座，距地面 1.8m；灯具开关设在入户门旁，控制客厅主灯。
厨房布局：
操作台上方每 50cm 设 1 个 10A 插座（微波炉、电水壶等），冰箱单独设 10A 插座（距地面 0.3m）。
油烟机插座设在吊柜内，距地面 2m；所有插座带防水盖，避免油烟和水汽影响。
卧室布局：
床头两侧设 10A 插座（台灯、手机充电），距地面 0.7m；书桌设 2-3 个 10A 插座（电脑、打印机）。
空调设 16A 专用插座，距地面 1.8m；灯具开关采用双控（门口和床头），方便使用。
卫生间布局：
电热水器设 16A 专用插座（带防溅盒），距地面 1.5m；排气扇和灯具共用回路，开关设在卫生间门外（避免潮湿环境操作）。
幻灯片 9：电路图绘制规范与示例
绘制规范：
用标准电气符号表示元件：火线（L）用红色线，零线（N）用蓝色线，地线（PE）用黄绿双色线。
标注各回路导线规格（如 “BV-2.5mm ” 表示铜芯聚氯乙烯绝缘导线，截面积 2.5mm ）。
注明空气开关型号和额定电流（如 “16A 带漏电保护”）。
区分干路和支路，干路从电能表引出，支路按回路分别连接用电器。
电路图示例：
绘制干路：进户线→电能表→40A 总开关→各分回路空气开关。
分支路：照明回路连接所有灯具，厨房回路连接冰箱、微波炉等，标注各节点连接关系和元件位置。
幻灯片 10：安全设计与防护措施
防触电保护：
所有三孔插座严格执行 “左零右火上接地”，地线与户外接地体可靠连接（接地电阻≤4Ω）。
卫生间、厨房等潮湿区域插座带防溅盒，安装高度≥1.5m，避免儿童接触。
防过载与短路：
各回路空气开关额定电流匹配回路负荷，发生过载或短路时自动跳闸。
导线接头采用绝缘胶布包裹或接线端子连接，避免裸露导致短路。
防火设计：
导线穿管敷设（如 PVC 管），避免与易燃材料直接接触；大功率用电器导线不暗埋，采用明装或穿阻燃管。
电气元件远离热源（如厨房插座远离灶台），灯具与可燃物保持安全距离（≥0.5m）。
应急设计：
总开关位置易操作，便于紧急情况下切断电源；重要回路（如冰箱）可设备用电源接口。
幻灯片 11：设计方案评估与优化
评估指标：
安全性：地线连接是否可靠、回路保护是否到位、元件选型是否合规。
实用性：插座和开关位置是否方便使用、回路划分是否满足用电器需求。
经济性：元件选型是否合理（不盲目追求高价产品）、导线长度是否优化（减少浪费）。
拓展性：是否预留未来用电接口（如智能家居、充电桩）、主线容量是否适应负荷增长。
优化案例：
原设计厨房仅 1 个回路，优化后将冰箱单独设回路，避免厨房其他用电器故障导致冰箱断电。
卧室插座数量不足，增加 1-2 个插座，满足多设备同时使用需求。
导线规格过大导致成本增加，根据实际电流调整为更经济的规格（如 1.5mm 足够的回路无需用 2.5mm ）。
幻灯片 12：实践任务与成果要求
实践任务：
选择一套户型（可虚拟或参考自家户型），绘制户型图并标注房间功能。
统计各房间用电器清单及功率，计算各回路负荷。
划分电路回路，选择元件规格，设计各区域插座和开关布局。
绘制完整的家庭电路设计图（包括电气原理图和布局图）。
撰写设计说明，阐述设计思路、安全措施和优化方案。
成果要求：
提交户型图、用电器清单、回路规划表、电路图（手绘或电子版）。
设计说明需包含跨学科应用（如物理学的功率计算、安全工程的防护措施）。
方案需体现安全、实用、经济的设计理念，可操作性强。
幻灯片 13：课堂交流与评价
小组展示：各小组派代表展示设计方案，重点说明回路划分、元件选型和安全设计。
评价标准：
科学性：功率计算准确，元件参数匹配，符合电气规范。
安全性：地线设计、保护装置配置、防护措施是否到位。
实用性：布局是否合理，是否满足生活需求，预留拓展空间。
创新性：是否结合智能家居、节能设计等新理念。
改进建议：师生共同点评方案优缺点，提出优化建议，完善设计成果。
幻灯片 14：拓展与应用
智能家居电路设计：预留智能开关、传感器接口，实现远程控制和自动化管理（如灯光感应、空调远程调节）。
节能电路设计：在总回路或大功率回路安装电能监测装置，实时监控用电量，培养节能习惯。
老旧电路改造：针对老旧房屋电路老化问题，提出改造方案（如更换导线、增加回路、升级保护装置），提升用电安全。
跨学科延伸：结合建筑学设计导线走向与房屋结构的融合，结合美学设计开关和插座的外观与室内装修协调。
2024人教版物理九年级全册
19.3 跨学科实践-为家庭电路做设计
第十九章 生活用电
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
1. 人体触电的实质
人体是导体，人体触及带电体并形成闭合电路时，有电流通过人体。电对人体造成的伤害程度与通过人体电流的大小及持续时间有关。
电流大小对人体作用的特征：
0.1～0.2 mA 对人体无害反而能治病
1 mA 左右 引起麻的感觉
8～10mA 人手很难摆脱电源
超过30mA 剧痛，神经麻痹，呼吸困难
达到100mA 只要很短时间，使人窒息，心跳停止
一、电压越高越危险
2. 电压越高越危险
由欧姆定律I=U/R知，通过人体的电流
取决于人体两端的电压和人体的电阻。
（1）电压对通过人体电流的影响
当人体的电阻一定时，人体两端的电压越大，
通过人体的电流I越大，对人的生命危害越大。
大量实验数据表明：
人体的安全电压不高于36伏
一、电压越高越危险
（2）人体电阻对通过人体电流的影响
由欧姆定律I=U/R 知，当人体两端的电压一定时，人体电阻越小，通过人体的电流越大，对人的生命危害越大。
I =　　= 　　　 = 0.22 A = 220mA
U
R
220 V
103 Ω
人体电阻约为104 ～105Ω，在皮肤潮湿时，人体的电阻可降低到约103Ω 。
家庭电路的电压为220V，若人体接触火线，根据欧姆定律计算通过人体可能产生的最大电流（人体的电阻取103Ω）：
这个电流值远远超过安全电流10mA，是不安全的。
一、电压越高越危险
3. 常见的一些电压值
（1）家庭电路的电压 220 V
（2）工厂动力电路的电压380 V
（3）高压输电线路的电压10 kV～500 kV
这些电压值远远超过安全电压36伏，都是不安全的。
一、电压越高越危险
一、电压越高越危险
（4）部分国家的市电电压和频率
国家 电压／V 频率／Hz
美国、加拿大 120 50
日本 110 50 60
英国、澳大利亚 240 50
中国、法国、德国、 西班牙、希腊、荷兰等　 220 50
俄罗斯、瑞典 120 220 50
韩国 100 60
挪威、新西兰、新加坡　 230 50
想想议议
①为什么不能用湿手触摸电器？
当人用湿手触摸电器时，人体电阻变小，同时用电器潮湿后，很容易变成导体，产生漏电现象，通过人体电流变大，易造成触电事故。
②电吹风为什么不可在浴室中使用？
浴室中水分多，电吹风易进水漏电，潮湿的皮肤比干燥时电阻要小，若电吹风进水漏电有电压存在时，会有不安全的电流通过人体，很危险！
一、电压越高越危险
1. 触电事故
当人体成为闭合电路的一部分时，就会有电流通过。如果电流达到一定大小，就会发生触电事故。触电的实质是一定强度的电流流过人体所引起的伤害事故。
二、常见的触电事故
2. 低压触电
（1）双线触电
如图，假如人的一只手接触火线，另一只手接触零线，这样，人体、导线和电网中的供电设备就构成了闭合电路，大电流流过人体，就会发生触电事故。
二、常见的触电事故
双线触电
（2）单线触电
如图，假如人的一只手接触火线，另一只手虽然没有接触零线，但是由于站在地上，导线、人体、大地和电网中的供电设备同样构成了闭合电路，电流同样会流过人体，发生触电事故。
二、常见的触电事故
单线触电
动画演示——《低压触电》
二、常见的触电事故
想一想
人站在干燥的木头凳子上，一只手接触火线，会发生触电吗？
不会触电。
因为干燥的木头凳子不导电，一只手接触火线，电流构不成回路，所以没有电流通过人体。
二、常见的触电事故
3. 高压触电
（1）高压电弧触电
高压输电线路的电压高达几万伏甚至几十万伏，即使不接触也会有危险。高压带电体会在周围形成强大的电场，当人靠得很近时，容易产生电弧触电（如图）
二、常见的触电事故
（2）跨步电压触电
如果高压输电线掉落在地上，当人经过这个区域时，两脚之间存在相当高的电压，称做“跨步电压”。这时电流从一条腿流入，另一条腿流出，同样会发生触电事故。
二、常见的触电事故
动画演示——《高压触电》
二、常见的触电事故
4. 触电的急救
发现有人触电，应该怎样进行急救呢？
（1）首先切断电源；
（2）或用一根绝缘棒将电线挑开，尽快使触电者脱离电源。
在整个救护过程中，千万不要用手去拉触电者，防止自己也触电。
二、常见的触电事故
想想议议　
在生活中，有哪些情况可能引起触电？
图给出了工作和生活中几种容易引起触电的情况。
二、常见的触电事故
可能会触电的一些情况
在高压电线附近放风筝、电线上晾衣服、湿手触摸开关插座、不断电更换灯泡等行为都会可能引起触电。
二、常见的触电事故
　　家庭电路的电压值远远超过了安全值。为了防范触电事故，家庭电路都安装空气开关（或保险丝）、漏电保护器等保险装置。但是这些保险装置并不是绝对可靠的，也有出现故障和失灵的时候。因此，防范触电事故最重要的是要有安全用电的意识，遵守安全用电原则。
三、安全用电原则
1. 安全用电原则
（1）不接触低压带电体，不靠近高压带电体；
（2）更换灯泡、搬动电器前应断开电源开关。
三、安全用电原则
（3）不弄湿用电器，不损坏绝缘层；
（4）保险装置、插座、导线、家用电器等达到使用寿命应及时更换。
三、安全用电原则
2. 电路元件安装中的安全用电原则
（1）保险丝必须安装在火线上；
（2）开关接在用电器与火线之间；
（3）螺口灯泡的螺旋套一定要接在零线上，其顶部的金属片接火线。
（4）有金属外壳的用电器要使用三角插头和三孔插座，使金属外壳接地。
三、安全用电原则
3. 总结：安全用电原则
（1）不接触低压带电体，不靠近高压带电体；
（2） 更换灯泡、搬动电器前应断开电源开关；
（3）不弄湿用电器，不损坏绝缘层；
（4）保险装置、插座、导线、家用电器等达到
使用寿命应及时更换。
三、安全用电原则
1. 雷电的实质
雷电是大气中一种剧烈的放电现象。云层之间、云层和大地之间的电压可达几百万伏至几亿伏，放电时的电流可达几万安至十几万安，产生很强的光和声。云层和大地之间的放电如果通过人体，能够立即致人死亡；如果通过树木、建筑物，巨大的热量和空气的振动都会使它们受到严重的破坏。
四、注意防雷
2. 防雷设施—避雷针
（1）避雷针
高大建筑的顶端都有针状的金属物，通过很粗的金属线与大地相连，可以防雷，叫做避雷针。
美国科学家富兰克林在1752年发明了避雷针。
四、注意防雷
（2）避雷针原理
利用针状金属物的尖端放电，将云层所带的电导入大地，避免因雷雷电引发事故。
现代建筑上的避雷针
古代建筑物上的铁制装饰物也起到了避雷针的作用，高压输电铁塔上最上面的两根导线也是用来防雷的。
四、注意防雷
3. 雷电灾害及预防
（1）雷电灾害
自古以来，雷电灾害就时有发生。1988年6月14日，雷击引发美国黄石公园长达近三个月的森林火灾。发生在2007年5月大兴安岭的森林大火的“元凶”也是雷击。雷击伤人的事时有发生，日常生活中注意防雷非常重要。
防雷如同防洪，其原理是为雷电提供一条低电阻的通道，或避免将自己连入闪电的通路中。
四、注意防雷
（2）雷电预防
①雷雨时，人在开阔地行走，不要举着雨伞或肩扛长的金属物，最好找一个低洼处，双脚并拢蹲下，尽可能降低高度。
②在山区遇到雷雨时，最好进入山洞避雨，但不要触及洞壁，同时双脚并拢，避免接触电压和跨步电压之害。在山区旅游时，遇雷雨躲入旅游车厢内最安全，但进入车厢时不要接触金属部分。
四、注意防雷
③防止雷击的其它一些安全措施
不要靠近金属栏杆；各种电器应暂停使用；雷雨天不要使用手机；不要在高大的树下躲雨。
四、注意防雷
【项目分析】
1.输电线进户后首先接到电能表上，接下来是全户用电的________、插
座、用电器、导线等。
总开关
2.家中的各种用电器正常工作时，______（填“相互”或“互不”）影响，
但某一个短路时，会使得通过电流过大空气开关跳闸，为了检修方便，
照明和插座、卫生间等，需要有各自独立的电流路径。
互不
3.当用电器越多，干路中的电流越____（填“大”或“小”），导线电阻一
定时，相同时间产生的热量越____（填“多”或“少”），因而为了安全，
增加用电器时，需要更换更____（填“粗”或“细”）的导线。
大
多
粗
【项目实施】
任务1 调查家庭用电需求
1.阅读各个用电器的铭牌或说明书，记录并整理目前家中主要用电器的
使用情况。
家用电器 数量
房间大灯 0.1 4盏
筒灯 0.02 25盏
电饭煲 0.8 1台
微波炉 0.6 1台
烤箱 1 1台
家用电器 数量
电冰箱 0.2 1台
彩电 0.1 1台
洗衣机 0.15 1台
电风扇 0.1 1台
柜式空调 3 1台
空调 1.5 3台
电热水器 3 1台
续表
任务2 合理规划配电分支回路
2.仔细观察家中室内配电箱，观察目前家中有___条分支回路，每条分
支回路开关的额定电流图中已给出。
5
3.根据任务1家中用电器的数量及电功率，设计若干支路，如插座分支
回路、照明分支回路和大功率用电器分支回路等，并补充表中数据。
分支回路 用电器及数量
照明分支回路 房间大灯4盏，筒灯25盏 0.9
插座分支回路1 电饭煲1台、微波炉1台、烤箱 1台、彩电1台 ①_____
插座分支回路2 洗衣机1台、电冰箱1台、 0.35
插座分支回路3 电风扇1台、电热水器1台 ②_____
空调分支回路1 柜式空调 3
空调分支回路2 空调 4.5
【展示交流】
4.生活中，我们应“珍爱生命，规范用电。”厨房里有很多用电器，细心
的小明发现微波炉、电饭煲、电热壶等都使用三脚插头。通过学习物理，
他明白了这样设计的目的是使这些用电器的金属外壳与________相连；
如果仅把一个电饭煲的插头接入插座时，家中保险丝立刻熔断，可能的
原因是______（填“功率过大”或“短路”）。保险丝熔断后______
（填“能”或“不能”）用铜丝、铁丝代替保险丝。
保护线
短路
不能
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