魯科版（2019）高中物理必修第三冊(cè)講義第4章 第4節(jié)　科學(xué)用電練習(xí)（含答案）

第4節(jié)科學(xué)用電學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]知道空氣斷路器和熔斷器，并了解其工作原理。知道家庭電路的組成，能解釋相關(guān)的現(xiàn)象。2.[科學(xué)思維]理解空氣斷路器和熔斷器在電路中的作用，能根據(jù)實(shí)際用電功率選擇熔絲或低壓斷路器，學(xué)會(huì)科學(xué)用電。3.[科學(xué)探究]通過對(duì)安全用電的探究，知道電路安全的知識(shí)及會(huì)正確選擇，學(xué)會(huì)與他人合作，提高科學(xué)探究能力。4.[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]能體會(huì)科技發(fā)展對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響，能將全安用電和節(jié)約用電的知識(shí)應(yīng)用于生活實(shí)際，知道保護(hù)環(huán)境科學(xué)用電的重要意義。一、家庭用電1．家庭電路一般由兩根進(jìn)戶線、電能表、保險(xiǎn)設(shè)備、用電器、插座、導(dǎo)線、開關(guān)等組成。進(jìn)戶線分為火線和零線，火線和零線之間有220V電壓，它們構(gòu)成家庭電路的電源。電能表用來測(cè)量用戶在一定時(shí)間內(nèi)消耗的電能，保險(xiǎn)設(shè)備用來保護(hù)電路。2．現(xiàn)在家庭電路一般會(huì)串聯(lián)空氣斷路器，又名空氣開關(guān)，只要電路中電流超過額定電流，它就會(huì)自動(dòng)斷開?？諝忾_關(guān)除能完成接觸和分?jǐn)嚯娐吠?，還能對(duì)電路或電氣設(shè)備發(fā)生的短路、嚴(yán)重過載及欠電壓等進(jìn)行保護(hù)。3．觸電保護(hù)器中的電子線路能檢測(cè)到由于觸電或漏電所形成的其他電流通路引起火線與零線電流的微小差異，從而自動(dòng)切斷電路，防止傷亡事故發(fā)生。4．?dāng)嗦肥怯捎趯?dǎo)線沒有連接好、用電器燒壞或未安裝好等，使整個(gè)電路在某處斷開的狀態(tài)。短路是火線和零線直接接觸形成的。發(fā)生短路的原因可能是線路絕緣不良，也可能是操作不當(dāng)。說明：空氣斷路器及觸電保護(hù)器，都對(duì)用電安全有重大作用，因而電路中必須安裝。二、安全用電1．火災(zāi)和觸電是用電中較容易發(fā)生的安全事故。用電時(shí)發(fā)生的火災(zāi)主要是由短路和過載造成的。2．觸電一般是人直接或間接接觸帶電體造成的。帶電體的電壓若高于36_V安全電壓，人接觸就會(huì)導(dǎo)致觸電。人靠近高壓帶電體時(shí)，也可能導(dǎo)致觸電。說明：因高于36V的電壓會(huì)有危險(xiǎn)，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)多數(shù)用學(xué)生低壓電源，以確保師生安全。三、節(jié)約用電全球電能的最主要來源是火力發(fā)電，節(jié)約用電，不僅可以減少能源消耗，緩解能源緊張問題，還可以減少環(huán)境污染。1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)用電器的電功率越大，電流做功越多。 (×)(2)功率是1kW的空調(diào)正常工作一小時(shí)所消耗的電能是1J。 (×)(3)選擇熔絲時(shí)，應(yīng)該使它的額定電流等于或稍小于電路的最大正常工作電流。 (×)(4)在選擇電線時(shí)，應(yīng)該使電線的安全電流稍大于最大正常工作電流。 (√)2．家庭電路中的保險(xiǎn)絲燒斷了，下列做法中正確的是()A．用鋼絲代換B．為了保險(xiǎn)，選擇盡量粗的保險(xiǎn)絲代換C．選擇額定電流稍小于電路中最大正常工作電流的保險(xiǎn)絲替換D．選擇額定電流等于或稍大于電路中最大正常工作電流的保險(xiǎn)絲替換D[用鋼絲或盡量粗的保險(xiǎn)絲代換時(shí)對(duì)電路不會(huì)起到保護(hù)作用；用小于正常工作電流的保險(xiǎn)絲又使電路不能正常工作，故應(yīng)選等于或稍大于電路中最大正常工作電流的保險(xiǎn)絲，故D正確。]3．(多選)小紅家的限電器允許通過的最大電流是10A，她家有2個(gè)標(biāo)有“220V40W”的日光燈，4只標(biāo)有“220V15W”的燈泡，1個(gè)標(biāo)有“220V1000W”的熱水器，1臺(tái)合計(jì)起來有160W的電腦，1臺(tái)制冷時(shí)耗電為140W的電冰箱，1臺(tái)耗電為80W的電視機(jī)，1臺(tái)標(biāo)有“220V1200W”的空調(diào)。請(qǐng)你通過計(jì)算判斷：小紅家的這些用電器可以同時(shí)使用嗎？哪些電器可以同時(shí)使用()A．不能同時(shí)使用，燈泡、電視、空調(diào)、電腦、冰箱可以同時(shí)使用B．不能同時(shí)使用，燈泡、日光燈、電視、冰箱、空調(diào)、電腦可以同時(shí)使用C．不能同時(shí)使用，燈泡、熱水器、空調(diào)可以同時(shí)使用D．都能同時(shí)使用AB[小紅家最大可用電功率為2200W，而所有的電器都打開時(shí)總耗電功率為2720W，所以不能同時(shí)使用。熱水器和空調(diào)合在一起恰好等于限電功率，打開任意一個(gè)小功率電器，只要不跟空調(diào)、熱水器共同使用即可，故A、B正確。]家庭電路組成如圖為常用的插座，上面為兩孔插座，下面為三孔插座。試探究：什么情況下要求用三孔插座？提示：三孔插頭一般是用于金屬外殼的用電器，比如冰箱等。金屬外殼導(dǎo)電，有時(shí)由于漏電，使金屬外殼上帶電、很容易傷人，用三孔可以接地線，把漏的電導(dǎo)走，安全。1．一般組成框圖2．進(jìn)戶線①火線：火線跟零線間的電壓是220V。②零線：零線是與大地相連的，正常情況下零線跟大地之間的電壓是0V。③地線：在家庭里直接與大地相通的導(dǎo)線，這是為了安全另外加接的。火線與地線之間的電壓是220V，零線與地線之間的電壓是0V。3．電功的國際單位是焦耳(J)，焦耳這個(gè)單位太小，通常用較大的單位千瓦時(shí)(kW·h)，1kW·h＝3.6×106J。千瓦時(shí)俗稱度?！纠?】家庭電路中的保險(xiǎn)絲熔斷了，以下原因中不可能的是()A．使用的用電器總功率過大B．拉線開關(guān)中兩根導(dǎo)線的線頭相碰了C．保險(xiǎn)絲的規(guī)格不符合規(guī)定的要求D．插座中的兩根導(dǎo)線的線頭相碰了思路點(diǎn)撥：(1)保險(xiǎn)絲熔斷是電流太大。(2)拉線開關(guān)中兩根導(dǎo)線的線頭相碰，開關(guān)不起作用。B[選項(xiàng)A過載可以引起保險(xiǎn)絲熔斷，A錯(cuò)誤；選項(xiàng)D插座中兩根導(dǎo)線的線頭相碰，發(fā)生短路，也會(huì)使保險(xiǎn)絲熔斷，D錯(cuò)誤；選項(xiàng)C也可，C錯(cuò)誤；選項(xiàng)B中拉線開關(guān)線頭相碰火線接通，不會(huì)使保險(xiǎn)絲熔斷，B正確。]eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．關(guān)于家庭電路，下列說法中正確的是()A．家庭電路采用的是電壓為220V的交流電B．洗衣機(jī)、電冰箱等家用電器都使用三孔插座，是為了節(jié)約用電C．在家庭電路中，已有兩盞燈正常發(fā)光，若再打開電視，則電路中的總電流變小D．可以用銅絲代替保險(xiǎn)絲，這樣可以防止斷電A[家用電路采用的是電壓為220V的交流電，故A正確；使用三孔插座，是為了防止因漏電而發(fā)生觸電事故，故B錯(cuò)誤；在家庭電路中，并聯(lián)的用電器越多，總電阻越小，家庭電路的電壓220V不變，則電路中的總電流變大，故C錯(cuò)誤；保險(xiǎn)絲不斷電則無法起到保護(hù)電路的作用，故D錯(cuò)誤。]安全用電及節(jié)約用電電路斷路與短路有什么區(qū)別？為什么要防止短路？提示：斷路是電路斷開沒有電流。短路是火線與零線直接相連，會(huì)有很大電流，易發(fā)生火災(zāi)等災(zāi)害。1．家庭安全用電必須注意以下幾點(diǎn)(1)高度重視，謹(jǐn)防觸電：接觸、搬運(yùn)電器時(shí)頭腦中要時(shí)刻想著避免觸電，不能大意，要定期檢查用電器的插頭，大功率用電器的插頭極易因過熱而損壞，更要注意。(2)避免短路：短路時(shí)電路中的電流非常大，輕則電源、電線燒毀，重則發(fā)生火災(zāi)，釀成大禍。從插座拔出插頭時(shí)要手握插頭，切勿用力拉扯電線，以免電線絕緣皮破損或插座接頭脫落，形成短路。(3)電器金屬外殼應(yīng)該接地線。容易潮濕的電器如洗衣機(jī)等更要接地。(4)不要在同一插座上同時(shí)使用多個(gè)大功率的用電器，以免流過插座的電流太大，容易引起火災(zāi)。(5)不要讓紙張等易燃物過分靠近電燈、電飯鍋、電爐等。2．節(jié)約用電(1)養(yǎng)成良好的用電習(xí)慣，記住隨手關(guān)閉不使用的用電器。(2)節(jié)約用電，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展。3．常見故障處理(1)短路故障的處理：查明短路原因并排除故障后換上同樣的熔絲，絕對(duì)不能換用比原來粗的熔絲或者其他材料的金屬絲。(2)斷路故障的處理：一般情況是接線螺絲松脫、電線接頭處接觸不良、導(dǎo)線斷裂等。在確認(rèn)電源沒有停電的情況下，可以使用測(cè)電筆逐段排查斷路點(diǎn)。使用測(cè)電筆時(shí)要注意安全，手絕對(duì)不能接觸筆尖的金屬部分。(3)漏電故障的處理：仔細(xì)檢查燈座、吊線盒、開關(guān)、插座等容易漏電處，再檢查電線連接處、電線穿墻處、電線轉(zhuǎn)彎處等電線絕緣層容易受損的部位。【例2】現(xiàn)代家庭電器化程度越來越高，安全用電是一個(gè)十分突出的問題。下表提供了一組人的部分人體電阻平均值數(shù)據(jù)：測(cè)量項(xiàng)目完全干燥時(shí)出汗或潮濕時(shí)電阻電流(加220V)電阻電流(加220V)手與手之間200kΩ1.1×10－3A5kΩ手與腳之間300kΩ7.3×10－4A8kΩ手與塑料鞋底之間800kΩ2.8×10－4A10kΩ(1)從表中可看出干燥時(shí)，電阻大約是潮濕時(shí)電阻的________倍。(2)在空格中填入對(duì)人體加220V電壓后的電流值。(3)若對(duì)人的安全電流是20mA以下，上述哪幾項(xiàng)是十分危險(xiǎn)的。(4)電路上有規(guī)格為10A的熔絲(俗稱保險(xiǎn)絲)，如圖所示，用電器R的功率是1500W，這時(shí)通過熔絲的實(shí)際電流是多少？人體出汗或潮濕時(shí)，手腳觸電，為什么熔絲不會(huì)斷？思路點(diǎn)撥：(1)在表格中查出對(duì)應(yīng)的電阻數(shù)值，可算出倍數(shù)。(2)由歐姆定律I＝eq\f(U,R)可求出電流。[解析](1)n1＝eq\f(200kΩ,5kΩ)＝40，n2＝eq\f(300kΩ,8kΩ)＝38，n3＝eq\f(800kΩ,10kΩ)＝80。所以干燥時(shí)電阻大約是潮濕時(shí)電阻的38～80倍。(2)潮濕時(shí)電流分別為：I1＝eq\f(220V,5kΩ)＝44mA，I2＝eq\f(220V,8kΩ)＝27.5mA，I3＝eq\f(220V,10kΩ)＝22mA。(3)由上述計(jì)算知，潮濕時(shí)導(dǎo)電電流都大于20mA，所以上述各種情況均有危險(xiǎn)。(4)通過用電器R的電流IR＝eq\f(PR,U)＝eq\f(1500W,220V)＝6.8A，人的手腳觸電時(shí)通過人體的電流I2＝27.5mA＝0.0275A，通過熔絲的總電流為I＝IR＋I(xiàn)2＝6.8275A<10A，故熔絲不會(huì)熔斷。[答案](1)38～80(2)44mA27.5mA22mA(3)潮濕時(shí)各種情況均有危險(xiǎn)(4)見解析eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．小明家新購微波爐一臺(tái)，銘牌如下表所示，他家為此鋪設(shè)了專用電線，此專用電線上應(yīng)該安裝額定電流為________的熔絲。電源：220V50Hz額定功率：800W500W800W生產(chǎn)日期：2009.9.1[解析]用電器的總功率為P＝(800＋500＋800)W＝2100W，由公式：P＝UI得，I＝eq\f(P,U)＝eq\f(2100,220)A≈9.5A，即應(yīng)選10A的熔絲。[答案]10A1．物理觀念：空氣斷路器、熔斷器、及用電安全。2．科學(xué)思維：空氣斷路器和熔斷器的工作原理，及如何在生產(chǎn)、生活中安全用電和相關(guān)的計(jì)算。3．科學(xué)方法：調(diào)查法、實(shí)驗(yàn)法、計(jì)算法等。1．在臺(tái)燈開關(guān)斷開的情況下，把臺(tái)燈插頭插入插座時(shí)，室內(nèi)其他電燈全部熄滅，保險(xiǎn)絲熔斷；有時(shí)是在臺(tái)燈插頭插入插座后，閉合臺(tái)燈開關(guān)，室內(nèi)其他電燈熄滅，保險(xiǎn)絲熔斷。引起這兩種故障的最大可能是()A．前者是插座短路，后者是燈泡短路B．前者是插頭短路，后者是燈泡短路C．兩者都是插座短路D．兩者都是插頭短路B[家庭電路中的保險(xiǎn)絲熔斷，是由于電路中的電流過大引起。而產(chǎn)生電流過大的原因有兩個(gè)：一是用電器總功率過大，二是發(fā)生短路。由生活常識(shí)可知臺(tái)燈的功率一般較小，所以造成保險(xiǎn)絲熔斷的原因不會(huì)是因臺(tái)燈的功率過大。由臺(tái)燈插頭未插入插座時(shí)，室內(nèi)電燈正常發(fā)光可知插座處沒有短路。在臺(tái)燈開關(guān)斷開的情況下，把臺(tái)燈插頭插入插座時(shí)，室內(nèi)其他燈全部熄滅，保險(xiǎn)絲熔斷，這是由于插頭短路引起；在臺(tái)燈插頭插入插座后，閉合開關(guān)室內(nèi)其他燈熄滅，保險(xiǎn)絲熔斷，這是由于燈泡短路造成。由以上分析可判定選項(xiàng)B正確。]2．在家庭安全用電中，下列做法正確的是()B[A項(xiàng)中負(fù)載過大可能燒壞接線插板，引起短路，甚至引起火災(zāi)，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)中，發(fā)生火災(zāi)后，若不先切斷電源就用水澆滅電火，火會(huì)滅，但此時(shí)人若接觸到水，就會(huì)觸電，發(fā)生更大的危險(xiǎn)，即使是使用泡沫滅火器，也要先斷電，因?yàn)榕菽矊?dǎo)電。所以遇到火災(zāi)時(shí)，先切斷電源是正確的做法，故B正確；C項(xiàng)中，如果用鋼絲代替熔斷絲，當(dāng)電路短路或者用電量增大了，不容易熔斷，會(huì)造成火災(zāi)隱患，故C錯(cuò)誤；用手抓電線拔出插頭，容易把插頭里面的線扯壞，有時(shí)會(huì)把絕緣層弄壞致使觸電，故D錯(cuò)誤。]3．某同學(xué)為測(cè)量家里一盞燈的實(shí)際功率，他只開亮這一盞燈，觀察電度表轉(zhuǎn)盤在3min內(nèi)轉(zhuǎn)了9轉(zhuǎn)，若每千瓦時(shí)該表轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)，則這只燈泡的實(shí)際功率為________。[解析]消耗的電能W＝eq\f(9,3000)×3.6×106J＝1.08×104J燈泡的實(shí)際功率P＝eq\f(W,t)＝eq\f(1.08×104,3×60)W＝60W。[答案]60W4．一只規(guī)格“220V1000W”的電爐，在220V電壓下，如果平均每天使用電爐2h，求此電爐一個(gè)月(30天計(jì))要消耗多少電能？[解析]當(dāng)電壓U＝220V時(shí)，電爐消耗的功率是額定功率W＝Pt＝1000×2×30×3600J＝2.16×108J。[答案]2.16×108J5．當(dāng)李老師最后離開計(jì)算機(jī)機(jī)房要去關(guān)閉總電閘時(shí)，發(fā)現(xiàn)電能表(如圖所示)的轉(zhuǎn)盤仍在緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)。他用手表粗略地估測(cè)了一下。1min