第二节 家庭电路中电流过大的原因
教学目标
一、知识目标：
1.知道家庭电路中电流和用电器总功率的关系。
2.通过推导把实验结论从理论上加以验证。
3. 通过演示保险丝被烧断的实验，加深学生对保险丝作用的理解。
二、能力目标：
通过本节教学，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
三、情感目标：
通过学习，增强安全用电的意识。
教学重难点
教学重点：分析家庭电路电流过大的原因。
教学难点：理论推导验证实验结论。
教学准备
家庭电路示教板一块，交流电流表一只，100瓦和60瓦的两只白炽灯，一只60瓦的台灯，500瓦电炉一只，不同规格的保险丝几根，写有例题的小黑板一块，铜丝。
设计思路
家庭电路中电流过大的原因是本节乃至本章教学中的一个重点。
如何从学生熟悉的生活实际出发，引导学生参与讨论，激发学生的兴趣。引导学生在观察实验现象的基础上，综合运用学过的知识，分析电路中的电流变化情况，理解原因。使学生掌握运用知识分析实际问题，为本教学设计的主旨。
引课提问：在家庭用电尤其是用电高峰时，常常会出现保险丝熔断、跳闸现象。你知道这个现象是怎样产生的吗 从学生熟悉的生活实际出发，引导学生参与讨论，激发学生的兴趣，引入新课。
新课教学，按照“演示实验——理论分析——解决实际问题”几个环节进行。
用电器总功率过大
通过演示课本图19.2-1实验，重在给学生直观认识：总功率过大，保险丝熔断。
这一现象的理论分析，可引导学生比较两次计算结果，分析得出：总功率越大，干路中的电流越大。
组织学生讨论、交流，从并联电路中电阻的变化、电流的变化、电功率的变化，多角度进行理论分析，活跃学生思维，学以致用。
指出：最近几年，我国城乡的许多地区在进行供电线路的改造，改造的内容之一就是把输电线换成更粗的，将电能表的额定电流换成更大的，尽可能满足大家的用电需求。 体现了“从物理走向社会”的理念。
短路
演示课本图19.2-2实验，学生通过观察知道：短路时，电路中电流过大，使保险丝熔断，但灯没有烧坏。
画等效电路图，引导学生运用并联电路的电流分配与电阻成反比的原理进行理论分析。
组织学生讨论家庭用电时，在哪些情形下可能发生短路现象？应怎样做才能避免发生短路，对学生进行安全用电的教育。
保险丝的作用
演示课本19.2-4实验，让学生观察对比两端金属丝的变化情况，使学生既对保险丝的作用获得具体的感性认识，也能直接看到不能用铜丝、铁丝代替保险丝。
引导学生思考、讨论、交流，从理论上说明从选材必须具备两个条件。
保险丝的实际应用，这里可以简要说明，保险丝越粗，熔断的电流就越大； 实际选择合适的保险丝，应该使它的额定电流等于或稍大于电路中最大的正常工作电流。
新建楼房的供电线路已不再使用保险丝,而用带有保险装置的空气开关代替。
教学过程
一、根据生活现象，提出问题
教师提问：在家庭用电尤其是用电高峰时，很多没有经过电气设备改造的家庭电路中，有过保险丝被烧断、跳闸现象的情况吗？
请说“有”的一位同学说明是在什么情况下被烧断的。
学生：
使用电炉
使用空调
电线绝缘皮老化
……
引入新课：保险丝被烧断、跳闸现象，说明电路中的电流过大，那么是什么原因引起家庭电路中的电流过大的呢？
二、进行新课
1.用电器总功率过大是引起电流过大的一个原因
①演示课本19.2-1增容实验：出示家庭电路示教板，在干路上串联一个交流电流表（课前就把它接好），电路中有额定功率分别为100瓦和60瓦的两只白炽灯。
A．闭合开关1，使100瓦的灯亮，请一同学读出电流表的读数I。
B．闭合开关2，使60瓦的灯也亮，请一同学读出电流表的读数I1。
C．在插座中插入一只60瓦的台灯，请一同学读出电流表的读数I2。
②小结：从实验看到，逐渐增加并联的灯泡数，电流表的示数逐渐增大。说明干路中的电流随用电器总功率的增大而增大。
③继续演示实验。 将台灯换上一只500瓦的电炉。这时听到“啪”的一声响，灯全熄了，同时看到电流表的指针偏转较大幅度后又指向零。学生从中可以知道，是由于电路中电流过大，使保险丝烧断了。
教师提问：同学们可不可以找到产生这些现象的原因呢？
④带领学生计算刚才三盏灯都亮时，通过保险丝的电流。教师引导 再让学生自己计算换上一只500瓦的电炉时，通过保险丝的电流。请一同学上黑板计算（I=3安），其他同学在作业本上做，教师巡迴检查。
⑤引导学生比较两次计算结果，分析得出：
总功率越大，干路中的电流越大，总功率过大，保险丝熔断。
组织学生讨论、交流，从多角度进行理论分析，活跃学生思维，学以致用。
根据并联电路的特点，灯泡两端电压相等，干路中电流等于各支路电流之和.每增加一只灯泡，就增加一条支路，干路中电流就增大一部分，所以并联的灯泡越多，干路中电流就越大. 保险丝连接在干路上，干路上电流越大，由P= I 2R可知，电能转化成热的功率越大,一定时间内产生热量越多。如果温度达到它的熔点就会被烧断。
可以从并联电路中电阻的变化角度分析，并联电路中电阻的特点，并联电路的总电阻小于任何一个并联支路的电阻，所以总电流大于每个支路的电流。
还可以从并联电路中电功率的变化角度分析。
⑥教师小结：家庭电路中用电器总功率过大是电路中电流过大的另一个原因。
⑦出示写有例题的小黑板，和学生共同分析计算。
指出：居民楼里若同时使用几个大功率的用电器，楼里的总保险丝会熔断，使整个楼断电。因此为了节约用电，也为了不给大家带来断电的麻烦，家庭电路中不宜同时使用几个大功率的用电器，从而对学生进行节电和安全用电的教育。
为了改善城乡居民特别是广大农村地区的用电条件，最近几年，我国城乡的许多地区在进行供电线路的改造，改造的内容之一就是把输电线换成更粗的，将电能表的额定电流换成更大的，尽可能满足大家的用电需求。
2.短路是引起电流过大的另一个原因
①演示课本图19.2-2短路实验 出示家庭电路示教板。
A．给示教板接通电源，闭合开关灯亮，然后断开电源。
B．把示教板尾部的火线零线搭接在一起，造成短路，再给示教板通电。观察到：在通电的瞬间同时听到“啪”的一声响，保险盒火花一闪，灯并未被点亮。教师拔出保险盒盖给学生看，保险丝已被熔断。
C．断开电源，排除短路，给保险盒盖换好保险丝，再通电，灯又亮了。
②教师提问：通过此实验，你知道了什么？
学生答：由实验知道，短路时，电路中电流过大，使保险丝熔断，但灯没有烧坏。
③分析 教师在黑板上画等效电路图，引导学生分析：
火线、零线搭在一起，形成短路后，并联电路的总电阻小于任何一个并联支路的电阻。导线的电阻很小，几乎为零，所以总电阻很小，几乎为零。 干路中的电流很大，这就是连在干路中的保险丝被熔断的原因。
也可从并联电路的两条支路中的电流分配情况引导学生认识，干路中的绝大部分电流直接经过导线，在灯泡中几乎没有电流通过。
强调：所谓短路就是电流没有经过用电器而直接构成通路。排除短路故障后，用电器仍能正常工作。
④组织学生讨论家庭用电时，在哪些情形下可能发生短路现象？
学生可能答：装修电路时不细心，使火线和零线直接连通；灯座、插座的两个接线柱接线不好，而使火线与零线相碰等。
⑤教师小结，以上从实验观察和理论分析上都说明，发生短路是电路中电流过大的另一个原因。
向学生介绍日常用电时，应怎样做才能避免发生短路，对学生进行安全用电的教育。
3. 保险丝的作用
演示课本19.2-4实验
让学生重点观察：随着移动滑动变阻器的滑片，对比两端金属丝的变化情况：保险丝逐渐变软直至熔断；铜丝没有明显变化。点明保险丝的作用。
教师教给学生怎样给保险盒、闸刀开关安装保险丝。这符合生活实际需要，培养动手实践能力。可请一同学上讲台给一保险盒盖安装保险丝，学生安装好后，把这个保险盒盖插到示教板上检查他是否接对，当学生看到灯亮了，自己接对了，一种获得成功后的喜悦溢于言表。教师应给予赞赏肯定。
引导学生根据保险丝的作用思考：保险丝应安装在电路中什么位置？引导学生从选材上对保险丝有什么要求？
学生：保险丝应串联在干路上，在闸刀开关的下方装有保险丝。
可将部分保险丝规格、不同金属丝的熔点、电阻率展示给学生。
1、由学生从理论上思考、讨论、交流，说明从选材必须具备两个条件：材料：铅锑合金；特点：电阻率大、熔点低。
2、还应使学生了解：不同粗细的保险丝额定电流和熔断电流不同，保险丝越粗熔断电流越大。实际选择合适的保险丝，应该使它的额定电流等于或稍大于电路中最大的正常工作电流。过粗的保险丝不能起到有效的保险作用，保险丝过细则用电器不能正常工作 ，更不能用铜丝、铁丝代替保险丝。
教师：保险丝具有一种伟大的牺牲精神，毁灭自己，保护电路.它靠什么来毁灭了自己呢？
学生：电热。
教师：新建楼房一般用带有保险装置的空气开关代替保险丝，免除了更换保险线时带来的不安全因素。当电路被保险装置切断时，要首先找到发生故障的原因，排除故障后再接通电路。
三、“想想议议”
组织学生讨论、交流
教师小结：售货员认为使用微波炉省时所以省电，但他忽略了微波炉电功率的大小；顾客只考虑使用微波炉瓦数大所以费电，忽略了使用微波炉时间的长短。两个人就省电、费电问题所发表的观点都有不完善之处。
结束语：这节课的内容与我们的生活密切相关，通过本节课的学习，希望同学们能够习惯从生活中发现问题，运用学到的物理知识物理去解决实际问题。
说明：
1．做第一个演示实验时，保险丝的额定电流可选l～1.35A，这样就保证一插入电炉后，保险丝就熔断了。电流表要用交流档，选择0～5A档。当100瓦、两个60瓦的三盏灯都亮时，电流表的示数I2小于后面计算出来的电流3A，教师可简单告诉学生，由于导线、接头处等存在电阻，所以灯泡两端的实际电压略低于220伏，所以电流表的示数和计算值略有差别。
可用低压电源来演示，在干路上串入大电流表和保险丝。电源选择6V档，选择“10Ω1.5A”滑动变阻器，三个“2.5V0.3A”的小灯泡，示教电流表，用两个夹子夹住一个0.5A的保险丝管。调节滑动变阻器使灯正常发光。先闭合S1再闭合S2，可看到电流表的示数增大，当闭合S3时，保险丝熔断。
2．在演示短路实验时，为了安全，可把示教板的电源插头插到一有拉线开关的接线板上，教师站在离示教板较远处控制接线板上的拉线开关，就可使电路接通、断开。演示时，造成短路，排除短路前，一定要先把电源插头拔去后再进行，不要认为接线板上开关没有接通时，火线一定是断开的。
也可用低压电源来演示，在灯两端并联一段导线，闭合干路开关，观察电流表指针示数很大，保险丝烧断，三灯熄灭．第十九章 第2节 教学设计
课题 家庭电路中电流过大的原因
教学目标 （一）知识与技能1．知道家庭电路中电流过大的两个原因。2．了解保险丝的材料特点，理解保险丝是如何起保险作用的。3．会解决有关家庭电路的简单问题。（二）过程与方法1．通过理论分析和实际观察、体验，学习物理知识。2．尝试应用已知的科学规律解释具体问题，获得初步的分析概括能力。（三）情感态度与价值观树立理论联系实际的思想，培养将科学技术应用于日常生活的意识。
重点难点 1.教学重点：家庭电路中电流过大的原因。2.教学难点：保险丝的工作原理。
教学方法 讲授、讨论、实验、归纳、对比。
教具学具 各种规格的保险丝，电源一个，铜丝一段，滑动变阻器一个，保险丝作用演示器一套，导线若干；多媒体课件。
教学过程
引入 教师活动 学生活动 设计意图
引入课题 [展示照片,提出问题]请大家说一说家庭电路的组成是怎样的？各部分元件在家庭电路中所起的作用是什么？[提出问题]目前，我国城乡许多地区进行家庭供电线路的改造，主要内容是把电线换成更粗的，电能表换成标定电流更大的，请你说一说这种改造的必要性。[讲授]家庭电路与我们的生活息息相关，我们今天就来研究家庭电路中电流过大的原因。 学生思考，并回答：家庭电路由低压进户线、电能表、总开关、保险盒、开关、用电器、插座等组成。说出各部分的作用。学生回答：随着人们生活水平的提高，家庭电路中大功率用电器越来越多，总功率变大，总电流变大，导线和电能表允许通过的电流必须变大，所以电线要换粗，电能表要换成标定电流更大的。聆听。 复习上节课内容。联系生活实际和电功率知识思考问题，为本节课的学习作铺垫。肯定大家的想法，激发学生学习兴趣。
新课讲授 教师活动 学生活动 设计意图
新课讲授 刚才同学们说到家庭电路中家用电器的总功率对家庭电路的电流有影响，它们之间有什么关系？[演示实验]利用如下图保险丝作用演示器演示：保险丝部位换成铜丝，功率较小时，电路正常工作。总功率过大时导线上的绝缘皮冒少量烟，后迅速断开电路。[展示图片]总功率过大会使得电流过大，而电流过大有安全隐患，容易引发火灾。[总结]用电器的总功率过大是家庭电路中电流过大的原因之一。[板书][提出问题]有时候家庭电路中用电器的总功率并不是很大，但是也会产生电流过大的现象，你认为原因可能是什么？[总结]短路是家庭电路中电流过大的另一个原因。[板书][提出问题]如何防止总功率过大或短路对家庭电路的危害？[演示实验]展示各种规格的保险丝。介绍实验装置。如图连接电路，电流较大时，保险丝熔断，而导线和铜丝等不会损坏。可见，在电流较大时，保险丝会先行熔断，自动切断电路，对整个电路起到保护作用。[提出问题]为了起到保险作用，保险丝应该具有什么样的材料特点？保险丝与用电器的连接方式应该是怎样的？[总结]保险丝的：（1）材料特点；（2）作用；（3）连接方式。[板书][指导学生观察]保险丝和闸刀开关上的保险丝。[提出问题，引导学生讨论]若保险丝熔断，能否用其他导线，如铜丝或铁丝代替保险丝？你还知道哪些新型保险装置？[演示实验]利用保险丝作用演示器演示：连接保险丝后,电功率过大时，保险丝熔断。将保险丝部位换成铜丝，将并联的一条支路短接后，闭合电路，干路导线的绝缘皮冒出大量浓烟并起火。 学生回答：用电功率越大，电路中的电流就越大。学生观察实验、思考。学生观察图片。笔记。学生回答：由于改装电路时不小心、或绝缘皮破损或老化等原因使火线和零线直接连通，造成短路，使得电流过大。笔记。学生回答：应在电流较大时自动切断电路，使用保险丝。观察实验。学生思考并回答：在电流较大时，与导线相比，相同时间内保险丝上必须产生更多的热量。根据焦耳定律Q=I2Rt，保险丝与导线串联，电流相同，所以保险丝的电阻远大于导线的电阻。应采用电阻率大、熔点低的材料作保险丝。保险丝与用电器必须串联。学生回答：不能采用铜丝或铁丝代替保险丝，否则电流过大时会烧毁干路导线的绝缘皮。一些新建楼房采用空气开关作为保险装置。观察实验。 通过理论分析，对家庭电路中总功率对电流的影响有更深的理解。通过实验加深总功率对家庭电路影响的感性认识。加强安全用电意识教育。引导学生全面分析、思考问题。联系生活实际，加强安全用电意识。引导学生联系生活实际解决物理问题。通过实验体会保险丝保护电路的作用。并将保险丝与铜丝、导线等进行比较。利用已有的物理知识分析实际问题，学以致用，体会到物理学习的乐趣和学习的成功感。通过思考分析，加深对保险丝特点的认识。通过实验再次体会保险丝的作用，并通过触目惊心的实验现象加强安全用电意识。
教师活动 学生活动 设计意图
学以致用 炎炎夏日即将来临，明明家新购置了一台1 kW的空调。已知他家原有用电器的总功率是5 600 W，电能表上标有“220 V 10（40）A”的字样。请你通过计算说明：（1）使用这台空调时，通过它的电流是多少？（2）从安全用电的角度考虑，明明家的电路是否允许安装这样一台空调？教师给出规范的解题过程。 利用计算回答，并通过比较功率或比较电流的方法做出判断。完整规范笔记解题过程。 利用所学知识解决实际问题，提高学生的应用能力。并尝试一题多解，提高学生灵活运用知识的能力。
课堂小结 教师活动 学生活动 设计意图
这节课我们学习了家庭电路中电流过大的两个原因：总功率过大和短路。另外我们学习了保险丝在电流过大的情况下是如何对家庭电路起保护作用的。 回忆本节课所学知识。 梳理知识，形成一个完整的知识体系。同时帮助学生记忆。
反馈练习 教师活动 学生活动 设计意图
小明观察到自家电能表上标有“220 V 10 A”字样，请你帮他分析一下：（1）该电能表允许安装的最大功率应是多少？（2）他家已安装了500 W洗衣机、200 W电视机、100 W电冰箱各一个，以及19 W节能灯6只，他还能安装一台功率为1 200 W的空调吗？ 学生检查自己的知识掌握情况并核对答案。 教学目标达标检测，及时反馈与巩固本节课的知识点。
板书设计
第2节 家庭电路中电流过大的原因 1．用电器的总功率过大是家庭电路中电流过大的原因之一。 2．短路是家庭电路中电流过大的另一个原因。 3．保险丝 （1）材料：电阻率大，熔点低的铅锑合金。 （2）作用：电路中电流过大时，自动切断电路，起到保护作用。 （3）连接方式：串联。
课后反思
