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电功和电功率
第四节　家庭电路
教 材 解 读 　“家庭电路”处于电学知识从理论到实践应用的关键转折点。在初中物理知识体系中有着不可忽视的地位,它与生活紧密相连,是电学知识应用于实际的典范实例。此前学生已学习了电流、电压、电阻等基本电学概念,以及欧姆定律、电功率等核心电学规律,这些知识构成家庭电路学习的理论根基。而“家庭电路”则是对上述知识的综合性应用与拓展,让学生明白电学知识如何在日常生活中发挥作用,体会物理知识的实用性。同时,它也为后续学习安全用电知识奠定基础,起着承上启下的重要作用。 　本节内容分为三部分:教材首先介绍家庭电路的组成,以直观的电路实物图和原理图,帮助学生建立起家庭电路的基本框架认知,在了解各部分元件的基础上,深入讲解各元件的作用和工作原理;其次介绍家庭电路的保险装置,熔丝熔断是利用电流的热效应,当电路中电流过大时自动熔断切断电路,保护电路安全;最后介绍三孔插座,加强了理论与实际的联系,了解我国关于插头的新规定,加强用电常识的学习。
学 习 目 标 物理观念 　1.知道家庭电路的主要组成部分,了解电能表、总开关、保险装置、插座、家用电器的连接顺序,构建家庭电路的整体概念模型,能从能量转化和电流路径的角度,认识各元件在电路中的作用和相互关系。 　2.认识家庭电路中的安全用电常识,如保险丝、漏电保护器的作用,了解熔丝的作用和熔丝规格的选择方法。 　3.知道家庭电路中总电流过大的原因:发生短路、总功率过大。
科学思维 　1.运用分析与综合的方法,对家庭电路中各元件的工作原理进行深入剖析,如通过分析保险丝的材料特点和电流热效应,综合理解其在电路过载时的保护机制。 　2.基于科学推理,当家庭电路出现故障(如短路、断路等)时,能够依据电学知识和电路原理,合理推测故障发生的位置和可能原因。
科学探究 　1.通过实验探究家庭电路中电流、电压、电阻的关系,培养实验设计和数据分析能力。 　2.学会使用电流表、电压表等基本测量工具,掌握实验操作技能。 　3.通过小组合作,培养团队协作和沟通能力。
科学态度 与责任 　1.知道家庭电路设计和使用所遵循的科学原理,培养严谨认真的科学态度,在日常生活中规范用电,不随意改装电路。 　2.增强安全用电和节约用电的社会责任感,积极向他人宣传安全用电常识,倡导合理用电、节约能源的生活方式。
重点 难点 　重点:家庭电路的基本组成和工作原理;保险丝、漏电保护器的作用及工作原理。 　难点:电路图的抽象理解,保险丝及空气开关的工作原理。
空气 开关 与熔 丝熔 断分 析 　连接方式:空气开关与漏电保护器是串联接入电路中的。 　空气开关的作用:电路中电流过大(电路短路或用电器总功率过大)时自动断开,切断电路。 　熔丝熔断原因:一是电路短路,二是电路中用电器总功率过大。我国标准规定:熔丝的熔断电流是额定电流的2倍,通过熔丝的电流超过额定电流时,熔丝不一定能立即熔断,而是超过得越多,熔断得越快,当通过熔丝的电流为额定电流的1.45倍时,熔断的时间不应超过5 min;当通过熔丝的电流为额定电流的2倍(即等于熔断电流)时,熔断的时间不应超过1 min。
备课 资料 　word版电子教案、匹配的课件见电子资源
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 生活离不开电,生活中大部分的电能都是通过家庭电路获得的,那么家庭电路是由哪些部分组成的呢 它们各有什么功能呢 学生讨论思考 问题引发学生思考关注生活。
【新课教学】 探究点一:家庭电路组成及功能 学生观察电能表、总开关、保险装置、用电器和插座的先后次序。 学生观察家庭电路的组成 采用问答的方式引导学生理解各部分的功能作用。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
学生思考:为什么它们要按这个顺序安装 它们各自的功能是什么 (测量家庭消耗的电能、控制整个电路的接通和切断、保险的作用、照明等、给移动用电器供电) 家庭电路由进户线、电能表、总开关、保险装置、用电器和导线等组成。 家庭电路中各部分的功能和作用 以下教学过程主要是展示实物并演示,让学生以亲身体验,置身于环境中去,进一步使学生产生兴趣;再采用问答的方式,讲解各部分的功能,如果学生有疑问,则通过演示实验加以说明。 1.进户线 零线与火线之间、零线与火线相对于大地之间的电压如图所示。 2.电能表 (1)位置及连接方式:安装在干路上,在总开关之前。这样可以保证电能表不受家庭电路影响,可以一直处于工作状态。 (2)作用:度量家庭所消耗电能的多少。 (3)电能表的参数及含义: “220 V　10(20)A”表明,电能表的工作电压是220 V,是我国家庭电路的电压;电能表的基本电流是10 A;额定最大电流是20 A,额定最大电流是电能表满足国家标准规定的准确度的最大电流。 3.总开关 (1)位置及连接方式:串联在干路中,一定要在保险设备之前。(为什么 ) 实验激发兴趣,问题引导思考,在思考中提高思维和科学素养。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
(2)作用:控制家庭全部电路的通与断。目的是在检修电路或更换保险丝时,将电路断开,保证安全,电能表、总开关和保险设备三者的顺序一定不能颠倒。 (3)常见开关类型 4.保险装置——熔断器(空气开关) 熔丝装进特制的瓷盒内,就构成了熔断器(保险设备);闸刀开关的下方一般也装有熔丝。 学生猜想 新旧知识交融,用新知介绍旧知,实现思维的螺旋上升。
(续表)
教师活动 学生活动 设计意图
5.用电器及其开关 (1)各用电器(插座)并联在电路中。(为什么 如果串联会怎样 ) (2)用电器与控制它的开关串联。 (3)开关应与火线相连。(为什么 ) 按图连接电路,哪种情况可能会触电 用试电笔接触灯泡的螺丝套,观察试电笔是否会亮。 6.插座 用来给电视机、洗衣机、电冰箱以及其他可能搬动的家用电器供电。插座的接线规则:左零、右火、上地。 课堂小结 1.你学到了哪些物理知识 2.你学会了哪些研究问题的方法 思考、交流 学生观察、讨论、交流
学点1　家庭电路的组成
观察图13-4-13所示的家庭电路图,交流、讨论,回答下列问题:
图13-4-13
问题1:家庭电路由　进户线　、　电能表　、　总开关　、　分路开关　、　漏电保护器　、　插座　、　用电器　和　导线　等组成。
问题2:进户线由户外低压输电线上引来,其中一根叫　零线　,另一根叫　火线　。正确情况下　零线　与大地之间没有电压,　零线　与　火线　之间有220 V电压。为了安全,有的家用电器所用的三孔插座还要加接一根　地　线。
问题3:电能表安装在所有用电器　之前　,用来度量家庭所消耗的　电能　的多少,电能表上“220 V”的含义是　适用于电压220 V的电路中　;“10(20 A)”中“10 A”表明　电能表的基本电流为10 A　,“20 A”表明　额定最大电流是20 A　。该电能表所能允许的家用电器工作的最大总功率为　4400 W　。
问题4:总开关安装在电能表　后　(选填“前”或“后”),用来控制　整个电路　。总开关及保险设备内都装有　熔丝(或保险丝)　,以确保用电安全。现在的建筑中,常用　空气开关　代替闸刀开关和熔丝,当电流过大时自动断开,保证用电安全。
问题5:电灯和插座都　并　联在由火线和零线组成的电源上,控制电灯的开关　串　联在　火　线与电灯之间。
学点2　保险设备
阅读教材P126~P127,观察如图13-4-14所示的图片,回答下列问题:
图13-4-14
问题1:当家用电器过多时,电路中的总电阻变　小　,总电流变　大　,导线会因过热而烧坏,甚至引起火灾。为了避免事故的发生,我们可以在电路中　串　联熔丝,熔丝一般用熔点　较低　(选填“较高”或“较低”)的铅锑合金制成,当通过电流过大时,会由于发热而迅速熔断,应用了　电流的热效应　原理。
问题2:熔丝的规格常用它的　额定电流　表示,当通过它的电流　小于或等于　额定电流时,熔丝能正常工作;如果电流超过它的　额定电流　达到它的　熔断电流　,它就迅速熔断以保护电路。
问题3:如图13-4-15所示是现代家庭中的空气开关,通常作为　总开关　接在电能表后,当电路中电流过大时,空气开关就会　自动“跳闸”　。从而　切断电路　。与熔丝相比,空气开关具有安全高效、　反应迅速　、使用方便、　无污染　等优点,在排除电路中的故障后重新闭合开关即可。
图13-4-15
学点3　三孔插座
阅读教材P127,观察图13-4-16,回答下列问题:
图13-4-16
问题1:给移动的用电器供电,要并联在电路中,可分为　两孔插座　和　三孔插座　。
问题2:两孔插座右孔接　火线　,左孔接　零线　。三孔插座左孔接　零线　,右孔接　火线　,中间上方的孔接　地线　。
问题3:与三孔插座对应的是三脚插头,将三脚插头插入三孔插座后,就把用电器的用电部分连入了电路中,同时,也把家用电器的金属外壳与　大地　连接起来,这样做,即使用电器内部火线绝缘皮破损使用电器外壳带电,电流也能从地线流走,人体接触外壳时人也不会触电。
问题4:现在家庭电路大都装有带　漏电保护器　的空气开关,用电器发生　漏电　事故时会快速断电,预防触电事故的发生。
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电功和电功率
第四节　家庭电路
方式一　【问题导入】
多媒体展示图片:家庭电路(图13-4-1)。
图13-4-1
导入语:同学们,我们家里有很多的用电器,这些用电器之间是怎样连接的呢 家庭电路中除了这些还有哪些电路元件 这些电路元件是怎样接在家庭电路中的 让我们带着这些问题一起来学习本节课的内容:家庭电路。引入新课。
方式二　【情境导入】
多媒体展示图片(如图13-4-2所示):
图13-4-2
图13-4-3
如图13-4-3所示是家庭装修时的施工方给出的电路施工设计图,包括客户要求的各部分选取线的标准以及施工方接好的各路灯线的布局,那么,家庭电路究竟是如何构成,又是怎样保障我们用安全电和用电便利的呢 今天我们就一起走进“家庭电路”的世界。引入新课。
1.火线、零线和地线
火线(用符号L表示)带电,零线(用符号N表示)不带电,火线和零线构成了家庭电路的进户线。保护接地线俗称地线,符号为PE,地线通常也不带电。火线、零线与用电器的工作部分连接,组成工作电路;地线则与用电器的金属外壳相连,当出现火线与金属外壳接触而导致漏电时起保护作用。
2.三孔插座与三脚插头
家用电器与电源是通过插头和插座连接在一起的。
插座与电源相连,用来接入各种家用电器。插座有三孔插座和两孔插座之分(如图13-4-4甲所示),一般有金属外壳的用电器使用三孔插座,如电热水壶;没有金属外壳的用电器使用两孔插座,如台灯。三孔插座的左孔是零线,右孔是火线,上孔是地线。两孔插座的左孔是零线,右孔是火线。
插头安装在家用电器电源线的一端,将其插入插座即可使家用电器与电源连通。常见的插头有两脚插头和三脚插头(如图乙所示)。两脚插头插入两孔插座,两脚分别与零线和火线相连;三脚插头插入三孔插座,下面两脚分别与零线和火线相连,上面一脚与地线相连。
图13-4-4
[特别提醒]三脚插头上面的脚连接家用电器的金属外壳,当三脚插头插入三孔插座后,外壳便与地线相连。这样,当火线与金属外壳接触而导致漏电时对人起到保护作用。
3.家庭电路相关误区释疑
(1)在家庭电路中,安装两根保险丝会比一根更安全吗
教师举例:小刚同学在学完了《家庭电路》一节后说:“保险丝的作用就是当电路发生过载或短路故障时,会自动熔断切断电路,从而起到保护作用。所以在火线和零线上各装一根保险丝,比只在火线上装一根会更安全。”你认为小刚说得对吗 说明理由。
[错解]小刚的说法是对的,两根保险丝比一根熔断的机会要大,所以在火线和零线上各装一根保险丝,比只在火线上装一根更安全。
[错因分析]在电路中不管装几根保险丝,当电路发生过载或短路故障时,通常也只是有一根熔断,所以两根保险丝和一根保险丝熔断的机会应是一样大的。
[正解分析]小刚的说法是错误的,在火线和零线上各装一根保险丝,并不比只在火线上装一根保险丝更安全,相反,更增大了其危险性。因为只在火线上装一根保险丝,当电路发生过载或短路故障时,保险丝熔断,切断了火线,则家中的用电器不带电;如果在火线和零线上各装一根保险丝,当电路发生过载或短路故障时,如果熔断的是零线上的保险丝,则家中的用电器仍与火线相连,人有触电危险。所以只在火线上装一根保险丝,比在火线和零线上各装一根保险丝更安全。
(2)保险丝越粗越好吗
有的同学认为用铜丝代替保险丝,或选择尽量粗的、额定电流大得多的保险丝会更“保险”,这种观点是错误的,说明对保险丝的原理认识不清。实际上,如选用铜丝代替保险丝,或选用额定电流大得多的保险丝,当电路中电流过大时,保险丝不熔断,反而起不到保险作用。
【中考解读】家庭电路主要是一些常识性了解的内容,中考中的考点多涉及三孔插座、三脚插头的作用(如有金属外壳的家用电器必须接三脚插头等),试电笔的使用(如手要接触笔尾的金属体,但不能接触笔尖金属部分等),多以选择题、填空题和作图题的形式出现。
[考点对接] 1.家庭电路的组成
例1　(广州中考)如图13-4-5所示,某家庭电路的输电线甲、乙从右端进户。闭合开关S,LED灯发光、电风扇正常工作,用试电笔检测插座,只有检测右孔时氖管发光。由于出现故障,电风扇停止工作,LED灯仍发光,用试电笔检测插座两孔,氖管均发光。该故障是 (　　)
图13-4-5
A.电风扇短路
B.插座两孔短路
C.输电线甲a、b两点之间断路
D.输电线甲b、c两点之间断路
[答案] D
[解析] 闭合开关S时,只有检测右孔时氖管发光,说明输电线乙是火线,LED灯与电风扇并联,若电风扇短路,则电路处于短路状态都不能工作,A不符合题意;若插座两孔短路,电路处于短路状态,电风扇和LED灯均不能正常工作,B不符合题意;若输电线甲a、b两点之间断路,电风扇和LED灯均能正常工作,C不符合题意;若输电线甲b、c两点之间断路,则LED灯能正常工作,电风扇停止工作,用试电笔检测插座两孔,插座左孔通过输电线甲a、b及电风扇连接到火线,两氖管均发光,D符合题意。
例2　(齐齐哈尔中考)如图13-4-6所示是比较简单的家庭电路示意图,关于家庭电路,下列说法正确的是 (　　)
图13-4-6
A.电能表是测量家庭电路中正在工作的用电器总功率的仪表
B.保险盒内的保险丝熔断后,可以用铜导线或铁导线代替
C.控制灯泡的开关和它所控制的灯泡,位置可以互换
D.连接三孔插座的导线中,a导线是零线,b导线是火线
[答案] D
[解析] 电能表是测量家庭电路中消耗电能的仪表,A错误;保险丝熔断后,不能用铜导线或铁导线代替,因为铜导线或铁导线电阻率小、熔点高,起不到保险的作用,B错误;开关应先接火线,再接用电器,所以控制灯泡的开关和它所控制的灯泡位置不可互换,C错误;三孔插座的接线原则是“左零右火上接地”,则a导线是零线,b导线是火线,D正确。
例3　(兰州中考)小明在使用插线板时发现:插线板上的开关断开时,指示灯不发光,插孔断电;开关闭合时指示灯发光,插孔通电;如果指示灯损坏,开关闭合时插孔照样可以通电。如图13-4-7所示虚线框内为插线板内部电路简化示意图,请按上述要求用笔画线代替导线将插线板内部电路中的缺失部分补画完整。(各元件符号如表所示)
开关
插孔
发光二极管
电阻
　
图13-4-7
[答案] 如图所示
　　[考点对接] 2.家庭电路电流过大原因
例4　(武汉中考)如图13-4-8所示是某同学家部分家庭电路的示意图。电能表上标有“220 V　10(40)A”的字样,他家正在使用的所有用电器总功率为6 kW,其中电饭煲的功率为1.5 kW,饭煮熟后,他将这个电饭煲插头从插座中拔出,再将功率为1 kW的电热水壶插头接入插座中,其他用电器仍正常工作,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
[解析] 照明灯的开关接在了零线与灯泡之间,正常使用时不会导致空气开关跳闸,但有安全隐患,A不符合题意;电饭煲及其他用电器正常工作,而电饭煲比电热水壶的功率大,说明接入电热水壶时用电器的总功率未超过总额定功率,B不符合题意;电热水壶的内部电路短路,有可能导致空气开关跳闸,C符合题意;未接入电热水壶时空气开关未跳闸,说明插座未短路,D不符合题意。
[考点对接] 3.三孔插座和三脚插头
例5　(广西中考)如图13-4-9所示的插座最好安装在较高处,防止幼儿玩耍时因接触　　　　　而触电;三孔插座的①插孔对应的接线柱必须接　　　　　,避免接触用电器带电的金属外壳而触电。(均选填“火线”“零线”或“地线”)
图13-4-9
[答案] 火线　地线
[解析] 插座如果安装在低处,幼儿玩耍时接触火线会发生触电现象,所以插座最好安装在较高处;三孔插座的①插孔对应的接线柱必须接地线,使金属外壳与大地连通,这样若用电器的金属外壳带电,电流会通过地线导入大地,防止造成触电事故的发生。
例6　(陕西中考)如图13-4-10所示,请将图中的三孔插座正确接入家庭电路。
图13-4-10
[答案] 如图所示
材料一——家庭自动化网络系统
家庭自动化系统指利用微处理电子技术来集成或控制家中的电子电器产品或系统,例如照明灯、咖啡炉、电脑设备、保安系统、暖气及冷气系统、视讯及音响系统等。家庭自动化系统主要是以一个中央微处理机(CPU)接收来自相关电子电器的信息后,再以既定的程序发送适当的信息给其他电器。中央微处理机必须通过许多界面来控制家中的电器,这些界面可以是键盘,也可以是触摸式荧幕、按钮、电脑、电话机、遥控器等;用户可发送信号至中央微处理机,或接收来自中央微处理机的讯号。
家庭自动化的用途极广,例如,当一个人在冬天时从外面归来,只要靠近房子,传感器因为侦测到人体移动而发出的讯号,会自动打开门前的照明灯,并启动家中的暖气系统;如早上7点起床,家中的电子时钟发出讯号,让咖啡炉自动煮咖啡,卧室的窗帘自动打开,音响自动演奏优美的旋律等。这一切生活中的方便有的已经成为现实。
据了解,目前全国家电市场的规模约在2000亿元,并以每年5%~10%的速度增长。这其中除少数小家电产品不能作为网络终端外,其他多数大家电,如冰箱、洗衣机、微波炉、联网电视、影碟机等都能实现联网。如某公司推出的人性化的智能微波炉,它在工作时,可以像电脑那样弹出对话菜单,当按下开启按钮时,屏幕上会出现设定温度、时间长短等滚动对话框,消费者可以像人与人之间的对话一样在菜单中选项,以确定微波炉的工作状态,而再也不必为没有经验而发愁了,不仅节省了时间,更增添了便利。
在家里办公,是家庭自动化的另一个发展趋势。在家里通过计算机系统和通信系统就可以掌握现场情况和有关资料,并控制指挥生产过程,或完成某些工作任务。在家里办公,能够大大地减少社会设施,还可以提高工作效率。
　　材料二——空气开关与漏电开关
1.空气开关(如图13-4-11所示)
图13-4-11
空气开关也称为空气断路器。空气开关的原理就是以空气作为绝缘介质,电路中有电流通过时,使元件产生热量,促使里面的双金属片受热之后向上弯曲,当达到一定程度时就推动杠杆,使锁住的锁扣打开,切断电源,从而空气开关就会自动跳闸,达到保护电路的作用。一般自动跳闸的情况,都是因为电路承载过重或者短路等问题。而锁扣的打开就是采用杠杆装置,杠杆的推动可以让锁扣开启,达到自动跳闸的目的。
2.漏电开关(如图13-4-12所示)
图13-4-12
漏电开关,顾名思义,就是为防止漏电造成安全事故而安装的一种开关。漏电开关的中心有一块小小的芯片,这个芯片上共有两个绕组,一主一副,主绕组又分为两个绕组,即输出和输入电流绕组。没有发生漏电的时候,输出的电流和输入的电流是相等的,在芯片上二磁通的矢量和为零,不会在副绕组上感应出电压,而一旦发生漏电,副绕组上就会产生电压,推动其内置的机构,使开关自动跳闸。
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