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物理九年级全一册 人教版2024
第3节 跨学科实践：为家庭电路做设计
第十九章 生活用电
学习目标
01
02
03
04
物理观念
①能根据用电器铭牌信息准确识别其额定功率，并能估算家庭总用电负荷；②理解家庭电路中各分支回路独立运行的意义，能判断不同用电器应分配回路的合理性。
科学思维
①能运用电功率公式和欧姆定律，结合实际用电需求，合理推算各回路所需电流大小。②能通过对比不同导线横截面积对应的载流能力，提出“导线粗细需与负载匹配”的优化策略。
科学探究
①能设计调查表格，收集家中用电器功率数据，培养信息采集与整理能力。②能在小组内开展讨论，针对配电方案进行多角度论证，提升合作探究与方案论证能力。
科学态度与责任
①能识别常见用电安全隐患，提出“避免过载”的行为建议，强化安全用电责任感。②能在方案展示中反思设计缺陷，理解“预防胜于补救”的工程伦理，树立技术服务于人的价值取向。
重点难点
教学
重点
教学
难点
①根据家用电器的额定功率，合理划分配电分支回路，实现用电功能与安全性的统一。
②运用电功率与电流关系，确定各分支回路所需导线规格与断路器额定电流，形成系统化设计思路。
①如何在有限资源下平衡“安全性”与“经济性”，做出最优选型决策。
②学生在缺乏真实配电箱观察经验的情况下，如何构建对家庭电路拓扑结构的直观认知。
课堂导入
知识回顾
家庭电路的组成
进户线、电能表、总开关（含保险装置）、插座、用电器、导线等组成。
家庭电路简化图
课堂导入
　　在生活中，家庭中灯、空调、冰箱等电器需通过电路供电，电路如同电器的“生命线”，其安全性关乎家庭用电安全。你们有没有经历过家里装修
如果让你来设计这个家的电路，你会怎么安排
房子以后要用空调、热水器、洗衣机还有好多小家电，得好好规划电路，不然容易跳闸!
“对，不能只看好看，还得安全。”
探究新知
　　每个家庭的用电情况是不一样的，假如你家正在准备装修改造，请你根据家里的用电需求及前面的学习与研究，为你的家庭电路提出一个简单的设计方案。可以与同学分工合作，完成任务。
【项目提出】
探究新知
【项目分析】
为了使家庭电路更加安全、合理，设计时你觉得应该主要考虑哪些因素呢？
1.装修中的可能遇到的情况
①家里需新增一台大功率空调。
②客厅及厨房需增加多个智能插座。
③书房要布置双回路照明系统。
家庭改变情景
④多个大功率电器共用插座。
⑤配电箱未设置漏电保护。
原有电路存在隐患
探究新知
2. 初步估算家中的总体用电需求
根据家里现有以及需要新增的用电器，初步估算家中的总体用电需求。
实际最大功率= 总功率× 同时使用系数（0.5～0.8）。
例如：家中现有用电器，空调（2000W），冰箱（150W），电视机（300W），电热水器（2000W），微波炉（1000W）和电饭煲（800W）。
当这些家电同时使用时，家中实际最大功率是多少
实际最大功率=(2000+150+300+2000+1000+800)×0.7=4375W
多数家庭总开关为20A～40A，对应功率4400W～8800W。
实际安全负载常控制在4000W～5000W，以避免过载。
探究新知
3.设计合理的分支回路方案
家庭电路分支回路设计需根据用电需求和功能区域划分，确保安全性和实用性。
家用电器中，空调、热水器等大功率电器应独立设置回路，以保障其稳定运行并避免对其他电器造成干扰。
①大功率电器的电路管理
若插座采用单独回路，则每个回路的插座数量不宜超过10个。
②插座系统设计
照明系统中，每个单相分支回路的电流应控制在16A以内，该回路所接光源数量不应超过25个。
③照明系统设计
探究新知
4. 考虑安全，对家庭电路中使用到的导线、空气开关、漏电保护器等配电器材进行选型，使器材之间相互匹配。
探究新知
【项目实施】
1. 调查家庭用电需求
　　请你调查并记录目前家中主要用电器的使用情况。明确用电需求，
为规划家庭电路的配电分支回路作准备。
用电器
数 量
电功率
照明灯
电视机
电冰箱
洗衣机
······
额定电流（单台）
小妙招：查看电器铭牌标签或查阅《常见家电功率手册》
探究新知
2.设计合理的分支回路方案
回路类型
包含区域
用电器及数量
插座分支回路1
客厅/厨房
洗衣机1台、电冰箱1台、
电视1台……
插座分支回路2
厨房
微波炉1台、电饭锅1台……
照明回路
全屋
各类照明灯具12盏
空调分支回路
客厅/卧室
空调3台
总功率
······
　　根据实际用电需求，结合家用电器的使用环境，进行小组讨论，设计家庭电路的分支回路或为家庭电路优化提出方案与建议。
某插座分支回路设计示意图
探究新知
　　通常情况下，导线的横截面积越大，长时间通电时所允许最大安全电流也会越大。根据你所设计的各条分支回路的用电情况，总功率大的分支回路要选粗一些的导线，还是细一些的？家庭电路中供电导线是不是横截面积越大越好？你认为在选择导线时，除了安全因素，还要考虑哪些因素？
想想议议
总功率大的分支回路要选粗的导线，家庭电路中的供电导线并非横截面积越大越好。
选择导线时，除安全因素外，还需考虑输电距离、成本、环境温度等因素。
导线横截面积越大，允许通过的电流越大，为了确保导线在长时间通电时不因电流过大而发热过多，引发安全隐患，故总功率大的分支回路应选粗一些的导线。
安全因素
距离越长，线路的线损压降越大。为了降低压降，保证用电设备正常工作，长距离输电时通常需要选择较大横截面积的导线。
输电距离
环境温度对导线载流量有重要影响。高温环境下空气流通差会导致载流量降低，因此在高温环境或散热差的场所，需要选择较大横截面积的导线或耐高温电缆。
环境温度
不同材质的导体电阻不同，铜的导电性优于铝，相同输电容量下，铜材质导线的横截面积可以小于铝材质导线。
导体材质和结构
探究新知
3.配电器材选型与匹配标准
①导线材质与规格
必须使用铜质导线，禁止使用截面≤10mm 的铝质导线。
照明回路：1.5mm2铜线，共用1个回路，大户型可分区域。
普通插座：2.5mm2铜线，客厅、卧室等区域。
卫生间：建议使用4mm2，因湿气和大功率电器。
空调：柜机/中央空调需6mm2，总功率超18kW需分体设计。
导线材质
线路
规格
1
探究新知
②关键设备配置
建议使用双匹63A漏保空开，控制全屋电源。
冰箱：2.5mm2铜线+16A单匹空开，保持全天候供电。
洗衣机/烘干机：4mm2铜线+20A单匹漏保空开 。
大功率电器（如蒸烤箱）：4mm2铜线+20A漏保空开。
中央空调外机：6mm2铜线+32A双匹空开。
总开关
分回路
③安全与维护
冰箱回路不装漏保，需单独回路。
其他回路建议使用单匹漏保空开，如厨房、卫生间。
空调、热水器等大功率设备需专用回路并加装过欠压保护器。
漏保设置
探究新知
4. 方案评估检查
所有金属外壳电器是否接地线。
实际总功率是否低于安全负载。
总功率×0.8<电表容量（示例：5460W×0.8=4368W<40A×220V=8800W）
潮湿区域使用防溅插座，防止插座进水。
配电箱分层设置
总闸→漏保→分路断路器
探究新知
5. 注意事项
危险
操作
①多个大功率电器插同一插座
②用铜丝代替保险丝
③湿手操作开关
正确
做法
①空调/热水器独立专用回路
②选用匹配规格的断路器
③先断开电源再检修
探究新知
【展示交流】
　　各小组之间对设计方案进行展示与交流，可互检方案的可行性与安全性，并补充创新建议。
　　结合家中用电器的调查和使用情况，尝试分析家庭用电安全隐患，总结出一些生活中的安全用电原则，例如：
● 尽量不同时使用多个大功率用电器。
● 不接触低压带电体，不靠近高压带电体。
● 更换灯泡、搬动用电器前应断开电源开关。
● 不弄湿用电器，不损坏绝缘层。
● 保险装置、插座、导线、等达到使用寿命时应及时更换。
　……
探究新知
　　虽然家庭电路中都安装了各种保险装置，但是它们也可能会出现故障。因此，最重要的是，我们在思想上要有安全用电意识，在行动上要遵守安全用电原则。只有这样，我们才能享受电所带来的便利。
课堂小结
为家庭电路做设计
项目提出
项目分析
项目实施
展示交流
1.在家庭电路设计项目中，第一步应该做什么 （　　）
A.直接绘制电路设计图 B.统计家中所有电器的功率
C.购买新型断路器 D.测试现有电路安全性
课堂练习
B
2.如图甲所示为小海家墙上安装的一个带开关的三孔插座，只需将插座上的开关断开就可以安全切断电源。请在如图乙中将开关和插座正确地接入家庭电路中。
3.“注意安全，珍爱生命！”“全国中小学安全教育平台”和物理学科都强调了安全用电。下列做法符合安全用电原则的是（　　）
A．所有家用电器都使用两孔插座
B．更换灯泡时，断开电源开关
C．用湿布擦拭擦座
D．家用电器由线绝缘皮破损了仍继续使用
课堂练习
B
4. 某电热水器功率为3000W，工作电压220V，应选择哪种规格的铜导线 （ 　）
（参考安全标准：导线载流量>1.2倍工作电流）
A.1.5mm2（载流量16A）
B.2.5mm2（载流量25A）
C.4mm2（载流量32A）
D.6mm2（载流量42A）
课堂练习
B
布置作业
1.基础性作业：完成课件中的课堂练习。
2.拓展性作业：
①试试看你家里的照明灯与厨房的插座，是由同一个空气开关控制的吗
②了解一下家里的空调线路所选用的导线规格，与照明灯泡灯的线路的导线规格一样吗
谢谢聆听
谢谢聆听
Thanks!
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