2020-2021学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册课件：4.4 科学用电65张PPT

第4节　科 学 用 电　
一、家庭用电
【情境思考】
什么是电线短路,发生短路的原因是怎样的?
提示:短路是火线和零线直接接触形成的。发生短路的原因可能是线路绝缘不
良,也可能是操作不当。
1.家庭电路的组成:
家庭电路一般由两根进户线、_______、保险设备、用电器、_____、导线、开
关等组成。
2.空气断路器:
空气断路器,又称空气开关,只要电路中的电流_____额定电流,它就会自动断
开。
3.熔丝的作用:
熔丝,又称保险丝。当线路发生故障,电路中通过的电流过大时,熔丝会迅速
_____,以保护整个线路。
电能表
插座
超过
熔断
4.触电保护器:
如图所示,触电保护器中的电子线路能检测到由于触电或漏
电所形成的其他电流通路引起的_________变化,从而自动切
断电路,防止事故发生。
微小电流
二、安全用电
【情境思考】
某同学家里的保险丝突然熔断,可能是什么原因导致的?
提示:保险丝熔断,说明干路中电流过大。短路和过载都可以导致电路中电流过
大。比如家用电器的总功率过大,导线绝缘皮损坏,火线、零线直接接触造成短
路,灯座里的电线发生短路等都有可能。
1.短路的危害:
短路或过载导致电路中的电流过大,根据Q=____,此电路在短时间内产生大量的
热量,烧坏用电器,造成火灾。
2.大功率电器的危害:
当使用大功率电器时,由I= 知,电压220 V不变,功率变大,电流变大,线路中
损失的电压变大,从而使用电器两端的电压变小_________工作。
3.人体触电:
触电一般是人直接或间接接触带电体造成的。触及65 V以上的交流电就可能危
及生命,只有小于36 V的交流电才对人体比较安全。
I2Rt
不能正常
4.安全用电常识:
(1)湿手_______带电设备,不用湿布擦带电设备,并且要防止用电器受潮。
(2)使用家用电器时一定要仔细阅读_______,特别是用电注意事项。移动家用
电器时要断开电源。拔取电源线时,应当手持插头,切勿直接牵拉电源线,以免
损坏电源线,或者造成接头脱落。
(3)不能负载过大,否则容易导致危险。使用电热器具时要注意防止发生火灾。
冬天使用电暖器时,人一离开就要_________。
(4)遇到电气设备冒火,要迅速_________,不要带电泼水救火。
(5)若有人触电,不能直接接触触电的人,应迅速切断电源,或用_____的木棒、
竹竿将电线挑开。
不接触
说明书
停止使用
拉闸断电
干燥
三、节约用电
【情境思考】
我国每年因电视机待机所消耗的电能就达2.5×109 kW·h,相当于250万盏1 kW
的灯昼夜不停点亮多少天?
提示:2.5×109 kW·h的电能相当于一盏1 kW的灯昼夜不停点亮2.5×109 h,如
果是250万盏灯可点亮1 000 h,按一天24 h算大约为41天。
1.节约用电,可以减少_____消耗,缓解能源紧张问题,还可以减少环境污染。
2.节约1 kW·h的电能意味着节约了0.4 kg煤、____净水,减少排放0.272 kg碳
粉尘、0.015 kg_________。?
3.节电意识:不要让家电长期处于_____状态,冰箱不要塞满食物,冬季空调温度
不要设置_____,夏季不要设置_____。
能源
4 L
待机
过高
过低
氮氧化物
【易错辨析】
(1)用电器的电功率越大,电流做功越多。 ( )
(2)功率是1 kW的空调正常工作一小时所消耗的电能是1 J。 ( )
(3)选择熔丝时,应该使它的额定电流等于或稍小于电路的最大正常工作电流。
( )
(4)在选择电线时,应该使电线的安全电流稍大于最大正常工作电流。 ( )
(5)当出现短路故障时,漏电保护器会自动切断电路。 ( )
×
×
×
√
×
知识点一　家庭电路和用电故障
1.家庭电路组成:
(1)一般组成框图。

(2)进户线。
①火线:火线跟零线间的电压是220 V。
②零线:零线是与大地相连的,正常情况下零线跟大地之间的电压是0 V。
③地线:在家庭里直接与大地相通的导线,这是为了安全另外加接的。火线与地线之间的电压是220 V,零线与地线之间的电压是0 V。
2.故障处理:
(1)短路故障的处理:查明短路原因并排除故障后换上同样的熔丝,绝对不能换
用比原来粗的熔丝或者其他材料的金属丝。
(2)断路故障的处理:一般情况是接线螺丝松脱、电线接头处接触不良、导线断
裂等。在确认电源没有停电的情况下,可以使用测电笔逐段排查断路点。使用
测电笔时要注意安全,手绝对不能接触笔尖的金属部分。
(3)漏电故障的处理:仔细检查灯座、吊线盒、开关、插座等容易漏电处,再检
查电线连接处、电线穿墙处、电线转弯处等电线绝缘层容易受损的部位。
【问题探究】
家庭电路中的保险丝烧断了,选择尽量粗的保险丝替换可以吗?
提示:用钢丝或尽量粗的保险丝替换时对电路不会起到保护作用;用小于正常工
作电流的保险丝又使电路不能正常工作,故一般选择等于或稍大于电路中最大
正常工作电流的保险丝。
【典例示范】
【典例】某家庭要安装一套家庭供热水系统。所选用电热水器的技术参数中标
有:“加热功率/电压3 800 W/220 V”。若需要为电热水器安装一个熔断器,参
考下列数据并通过计算说明,应该选择多大直径的熔丝?
常用铅锡合金熔丝的技术数据(铅95%,锡5%)
额定电
流I/A
2
2.6
3.3
4.8
7
11
15
18
22
直径
d/mm
0.508
0.61
0.71
0.915
1.22
1.63
2.03
2.34
2.65
【解析】P=3 800 W,U=220 V,
I= A≈17.27 A,
查表可得,应选用直径为2.34 mm、额定电流为18 A的熔丝。
答案:2.34 mm
【素养训练】
1.如图所示,闭合电键S后,发现电灯L不亮,且保险丝没有熔断。某同学测试灯
头的两根电线C、D,发现这两处都能使测电笔的氖管发光,再用测电笔测试火线
A和零线B时,氖管在测火线A时能发光,在测零线B时不发光。那么可以判定故障
是 (　　)
A.火线和零线短路
B.电灯L短路
C.电线AC段某处断路
D.电线BD段某处断路

【解析】选D。用排除法来判断,如果火线和零线短路或电灯L短路,都会使电路中电流过大,造成保险丝熔断,故A、B不符合题意;若AC段某处断路,会使C与火线脱离接触,就不会使测电笔的氖管发光,而BD段某处断路一方面造成电灯不能发光,另一方面D点通过灯丝与火线连通,能使氖管发光。
2.家庭电路中的保险丝熔断了,以下原因中不可能的是 (　　)
A.使用的用电器总功率过大
B.拉线开关中两根导线的线头相碰了
C.保险丝的规格不符合规定的要求
D.插座中的两根导线的线头相碰了
【解析】选B。选项A过载可以引起保险丝熔断;选项D插座中的两根导线的线头
相碰,发生短路,也会使保险丝熔断;选项C也可;选项B中拉线开关线头相碰火线
接通,不会使保险丝熔断。
【加固训练】
小宇同学准备检查生活用电线路是否有问题,他先断开所有用电器和总开关,然后将火线上的保险丝取下,换上一只额定电压为220 V的灯泡,闭合总开关,发现灯泡正常发光。由此判断 (　　)
A.线路安装完全正确,因为灯泡正常发光
B.线路安装不正确,电路中有短路
C.线路安装不正确,电路中有断路
D.仅由此不能判断线路是否有问题
【解析】选B。保险丝与用电器是串联连接的,将火线上的保险丝取下,换上的灯泡与电路中原来的用电器也是串联的。如果原来的电路没有问题,那么它们的总电压是220 V,这个换上的灯泡因实际电压低于额定电压而不能正常发光,现在发现这个换上的灯泡正常发光,说明它的电压就是220 V,也就是原来的用电器两端电压为零,即电路中有短路。
知识点二　家庭安全用电及节约用电
1.家庭安全用电必须注意以下几点:
(1)高度重视,谨防触电:接触、搬运电器时,头脑中要时刻想着避免触电,不能
大意;要定期检查用电器的插头,大功率用电器的插头极易因过热而损坏,更要
注意。
(2)避免短路:短路时电路中的电流非常大,轻则电源、电线烧毁,重则发生火灾,
酿成大祸;从插座拔出插头时要手握插头,切勿用力拉扯电线,以免电线绝缘皮
破损或插座接头脱落,形成短路。
(3)电器金属外壳应该接地线:容易潮湿的电器如洗衣机等更要接地。
(4)避免大功率电器同时使用:不要在同一插座上同时使用几个大功率的用电器,以免流过插座的电流太大,引起火灾。
(5)避免火灾:不要让纸张等易燃物过分靠近电灯、电饭锅、电炉等。
2.节约用电:
(1)养成良好的用电习惯,记住随手关闭不使用的用电器。
(2)节约用电,坚持可持续发展。
【问题探究】
日常生活中常有人说:这只电灯真亮,是多少“度”的?这种说法对吗?如不对,
应怎样说?
提示:不对。度是能量单位,应该说是多少瓦。
【典例示范】
【典例】当李老师最后离开计算机机房要去关闭总电闸时,发现电能表(如图
所示)的转盘仍在缓慢地转动。他用手表粗略地估测了一下。1 min转盘转动
了5 r。经检查发现,原来机房内还有20台电脑显示器处于待机状态。请你算
算1台电脑显示器的待机功率约为多大?并就此问题联系实际谈谈在日常生活
中如何节约用电?

【解析】20台电脑显示器消耗的电能
W= ×3.6×106 J=6×103 J
1台电脑显示器消耗的电能
W′= =300 J
1台电脑显示器的待机功率
P= W=5 W
节约用电要从小事做起,如平时不使用电视时,最好要关闭电源,不要使其处于
待机状态。
答案:5 W　见解析
【素养训练】
1.在家庭安全用电中,下列做法正确的是 (　　)

【解析】选B。A项中,负载过大可能烧坏接线插板,引起短路,甚至引起火灾,
该做法错误,故A错误。B项中,发生火灾后,若不先切断电源就用水浇灭电火,
火会灭,但此时人若接触到水,就会触电,发生更大的危险,即使是使用泡沫灭
火器,也要先断电,因为泡沫也导电。所以遇到火灾时,先切断电源是正确的做
法,故B正确。C项中,如果用钢丝代替熔丝,当电路短路或者用电量增大时,不
容易熔断,会造成火灾隐患,这种做法错误,故C错误。用手抓电线拔出插头,容
易把插头里面的线扯坏,有时会把绝缘层弄坏致使触电,所以这种做法不正确,
故D错误。
2.现代家庭电器化程度越来越高,安全用电是一个十分突出的问题。下表提供
了一组部分人的人体电阻平均值数据:
测量项目
完全干燥时
出汗或潮湿时
电阻
电流(加
220 V)
电阻
电流(加
220 V)
手与手之间
200 kΩ
1.1×10-3 A
5 kΩ
手与脚之间
300 kΩ
7.3×10-4 A
8 kΩ
手与塑料鞋底之间
800 kΩ
2.8×10-4 A
10 kΩ

(1)从表中可看出干燥时电阻大约是潮湿时电阻的　　　倍。?
(2)在空格中填入对人体加220 V电压后的电流值。
(3)若对人的安全电流是20 mA以下,上述哪几项是十分危险的?_____________。?
(4)电路上有规格为10 A的熔丝(俗称保险丝),如图所示,用电器R的功率是
1 500 W,这时通过熔丝的实际电流是多少?人体出汗或潮湿时,手脚触电,为什
么熔丝不会断?

【解析】(1)n1= =40,n2= =80。所以干燥时电
阻大约是潮湿时电阻的38～80倍。
(2)潮湿时电流分别为:I1= =44 mA,
I2= =27.5 mA,I3= =22 mA。
(3)由上述计算知,潮湿时电流都大于20 mA,所以上述各种情况均有危险。
(4)通过用电器R的电流IR= =6.8 A,人的手脚触电时通过人体的电
流I2=27.5 mA=0.027 5 A,通过熔丝的总电流为I=IR+I2=6.827 5 A<10 A,故熔
丝不会熔断。
答案:(1)38～80　(2)44 mA　27.5 mA　22 mA
(3)潮湿时各种情况均有危险　(4)见解析
【拓展例题】考查内容:家用电器常见故障的排除
【典例】一个家庭电路中的用电器原来都在正常工作,把台灯插头插入插座时,闭合台灯开关后,家中电灯突然熄灭,原因可能是 (　　)
A.台灯的灯丝断了
B.台灯插头处短路
C.台灯的电线原来是断路的
D.台灯灯座接线柱处短路
【解析】选D。台灯插头插入插座前,家用电器正常工作,把台灯插头插入插座时,闭合台灯开关后,家用电灯突然熄灭。说明台灯接线处电路短路,导致突然熄灭。故D正确,A、B、C错误。故选D。
【生活情境】
很多家用电器都有待机功能,比如电视可以用遥控器关机而不
必断开电源。这一功能虽给人们带来了方便,但电器在待机状态下仍有能耗。
表中是小明家两台电器的数据统计。
探究:
(1)这两台电器每天待机共耗电多少度?
(2)若能及时断开电源,他家每月可以节约多少电费?(电价为0.5元/度,每月按
30天计算)
家用电器
待机功率P/kW
每天平均待机时间t/h
电视
0.008
20
机顶盒
0.012
22
【解析】(1)电视每天待机耗电:
W1=0.008×20度=0.16度,
机顶盒每天待机耗电:
W2=0.012×22度=0.264度,总共每天耗电0.424度。
(2)若能及时断开电源,每月可节约电费:
0.424×30×0.5元=6.36元。
答案:(1)0.424度　(2)6.36元
【生产情境】
相距11 km的A、B两地用两根导线输电,由于受暴风雨
影响,在两地之间某处一棵树倒在两根导线上造成故
障,工人师傅为查明事故地点,先在A地两端加12 V电
压,在B地两端测得电压10 V,在B地两端加12 V电压
后,在A地两端测得电压4 V。
探究:故障处距A地多远?

【解析】设A到大树处两段导线的总电阻是RA,B到大树处两段导线的总电阻是
RB,大树电阻是R0,
A地加电压12 V,串联电路中电压和电阻成正比,故: ①
B地加电压12 V,故 ②
由①②得:
A到大树处的距离是sA,B到大树处的距离是sB=11 km-sA,根据电阻定律,电阻与
长度成正比,故:
解得:sA=1 km。
答案:故障处距A地1 km
1.(多选)关于安全用电,下列说法正确的是 (　　)
A.不用手或导电物去接触、探试电源插座内部
B.可以用湿布擦拭电器
C.电器使用完毕后应拔掉电源插头
D.发现有人触电要设法及时切断电源
课堂检测·素养达标
【解析】选A、C、D。若用手或导电物去接触、探试电源插座内部,容易引起短路,故A正确;用湿布擦拭电器容易发生触电事故,故B错误;电器使用完毕后应拔掉电源插头,可以消除安全隐患,故C正确;发现有人触电要设法及时切断电源,保证人身安全,D正确。
2.关于家庭线路的安装,下列说法不正确的是 (　　)
A.照明线不要与插座线合用
B.所有插座线均要通过漏电保护器
C.开关应控制火线
D.火线、零线都安装保险丝
【解析】选D。 照明线若与插座线合用有安全隐患,故A正确;插座线通过漏电
保护器,能保护家用电器,故B正确;开关控制火线,以免发生漏电事故,故C正确;
保险丝应安装在火线上,故D错误。
3.某同学为测量家里一盏灯的实际功率,他只开这一盏灯,观察电度表转盘在
3 min内转了9转,若每千瓦时该表转3 000转,则这只灯泡的实际功率为(　　)
A.30 W　　　　　　　 B.60 W
C.600 W D.120 W
【解析】选B。消耗的电能W= ×3.6×106 J=1.08×104 J,灯泡的实际功
率P= W=60 W。
【加固训练】
电冰箱工作时,应当使用图中的　　　　插座,这是为了使电冰箱的外壳接地,
保证安全工作。表中是某电冰箱的部分技术参数,它正常工作时,使用的是　
　　　　电源(选填“交流”或“直流”),电压是　　　　　V,若压缩机连续
正常工作1 h,将消耗电量　　　　　kW·h。
【解析】为了防止触电,使用的插座应选用有接地线的三孔插座,即图中的乙,
这样能把电冰箱的外壳连接大地,保证安全工作。由表中的标称值可知冰箱使
用的是频率为50 Hz 的交流电源;电冰箱电压为220 V,正常工作1 h消耗的电
能:W=Pt=0.2 kW×1 h=0.2 kW·h。
答案:乙　交流　220　0.2
额定电压
频率
额定功率
容积
220 V
50 Hz
200 W
180 L
4.(教材二次开发·P117【节练习】T4变式)电饭锅的工作原理如图所示,煮饭
时开关是闭合的,红色指示灯亮;饭熟后(当时的温度大约为103 ℃),开关S自
动断开,黄灯亮。

(1)电阻R1的作用是保护红色指示灯不会因电流过大而烧毁,R1与电饭锅发热板的等效电阻相比,二者大小应有什么关系?为什么?
(2)通常情况下,用这种电饭锅烧水时它的自动断电功能能不能起作用?为什么?
【解析】(1)R1应该远大于发热板的等效电阻。因为R1和红灯只起指示作用,消耗的电功率远小于发热板的功率,两者又是并联接入电路的,电压相同,所以流过R1和红灯的电流应远小于流过发热板的电流,因此R1应该远大于发热板的等效电阻。
(2)不能。通常情况下水的沸腾温度为100 ℃,当水烧开时水温不会达到103 ℃,所以自动断电功能不起作用。
答案:见解析
课时素养评价
十六　科 学 用 电　　　
【合格性考试】　 (15分钟·30分)
一、选择题(本题共4小题,每题5分,共20分)
1.下列做法中符合安全用电的是 (　　)
A.直接用湿手接触带电设备
B.移动家用电器前先断开电源
C.遇到电器设备冒火立即泼水灭火
D.发现有人触电时直接用手去拉触电者
【解析】选B。安全用电原则:不接触低压带电体,不靠近高压带电体;根据安全用电原则进行分析。本题考查用电安全小常识,要注意学会如何应对用电时的突发情况。则B正确,A、C、D错误。
2.室内有几种用电器:1.5 kW的电饭煲、200 W的电冰箱、750 W的取暖器、
250 W的电视机和2 kW的空调器。如果进线处有13 A的保险丝,供电电压为
220 V,下列情况下不可能同时使用的是 (　　)
A.电饭煲和电冰箱
B.取暖器和空调器
C.电饭煲和空调器
D.电冰箱、电视机和空调器
【解析】选C。当保险丝达到最大电流时电路中的总功率P总=UI=220×13 W=
2 860 W,电饭煲和电冰箱同时使用的功率为:P1=1 500 W+200 W=1 700 W<
2 860 W,可以同时使用,故A错误;取暖器和空调器同时使用的功率为:P2=
750 W+2 000 W=2 750 W<2 860 W,可以同时使用,故B错误;电饭煲和空调器
同时使用的功率为:P3=1 500 W+2 000 W=3 500 W>2 860 W,不可以同时使用,
故C正确;电冰箱、电视机和空调器同时使用的功率为:P4=200 W+250 W+
2 000 W=2 450 W<2 860 W,可以同时使用,故D错误。
3.如图所示是某一电器的铭牌。从铭牌上的信息可推断该铭牌对应的电器可能是 (　　)
【解析】选A。电风扇的额定功率一般为24 W,电饭煲的额定功率一般为750 W,电熨斗的功率一般为300～500 W,电热壶的功率一般为1.5 kW～2 kW,从图中知,额定功率为24 W,所以对应电器为电风扇,故A正确。B、C、D错误。
【加固训练】
　　如图所示为某家庭使用的智能电饭锅的铭牌。假定该家庭用此电饭锅每天煮饭两次,每次在额定功率下工作30分钟,电价为0.54元/kW·h。则该电饭锅 (　　)
A.工作时的额定电流为0.41 A
B.保温时的电流为0.2 A
C.每次煮饭需消耗电能4.5 kW·h
D.一年因煮饭而产生的电费约为177元
【解析】选D。根据P=UI知I= A=4.1 A,故A错误;保温时,
I= A=0.136 A,故B错误;每次煮饭消耗电能W=Pt=0.9 kW×0.5 h=
0.45 kW·h,故C错误;一年因煮饭消耗的电能为365×2 W=365×2×
0.45 kW·h=328.5 kW·h,所花的钱为328.5×0.54元=177.39元,故D正确;
A、B、C错误。
4.普通家庭在家用电器的选购上,基本上要考虑以下的原则 (　　)
①选购产品的功能越丰富越好,无需考虑是否适合自身需求
②与家居适应的技术参数、外形结构、产品质量、售后服务以及品牌
③选购产品越先进越好,价格越昂贵越好,设计越时尚越好
④为了环保,冰箱应选无氟电冰箱,照明用具尽量选用发光效率高的节能光源
A.①②　　　　　　　　　　 B.②④
C.②③④ D.①②④
【解析】选B。在家用电器的选购上,基本上要考虑以下原则:一是考虑电器的功能;二是考虑经久耐用,且安全可靠,即产品的质量;三是考虑节能环保,故B正确,A、C、D错误。
二、计算题(10分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单
位)
5.一只规格“220 V　1 000 W”的电炉,在220 V电压下,如果平均每天使用电
炉2 h,求此电炉一个月(30天计)要消耗多少度电能。
【解析】当电压U=220 V时,电炉消耗的功率是额定功率,W=Pt=1×2×
30 kW·h=60 度。
答案:60 度
【选择性考试】 (10分钟·20分)
6.(20分)表为某分体单冷型壁挂式空调机名牌上的部分技术参数,请仔细阅读后回答下列问题:
额定电压
220 V
额定频率
50 Hz
制冷额定电流
5.8 A
制冷额定功率
1 180 W
最大输入功率
1 400 W
噪声(屋内/屋外)
39/55Db(A)
循环风量
480 m3/h
防触电保护类型
Ⅰ
质量
4.1 kg
(1)正常情况下,该空调机能否在我国家庭电路中使用?
(2)若小红家中电能表允许的最大电流为3 A,则购买该空调机后,在进行安装和使用前是否需要更换电能表?
(3)请估算该空调机一个月内(按30天计)消耗的电能为多少?(设每天制冷2 h)
【解析】(1)我国家庭电路的电压为220 V,频率为50 Hz,所以正常情况下,该
空调机能在我国家庭电路中使用;即:正常情况下,该空调机能在我国家庭电路
中使用;
(2)由表格知,空调的最大输入功率为Pm=1 400 W;
由P=UI得最大的电流Im= A≈6.4 A;
小红家中电能表允许的最大电流为3 A,则知购买该空调机后,在进行安装和使
用前需要更换电能表;
即:若小红家中电能表允许的最大电流为3 A,则购买该空调机后,在进行安装
和使用前需要更换电能表;
(3)空调机一个月内(按30天计)消耗的电能为
W=nUIt=30×220×5.8×2×3 600 J≈2.76×108 J≈76.7 kW·h
即:该空调机一个月内(按30天计)消耗的电能为76.7 kW·h。
答案:(1)能　(2)需要　(3)76.7 kW·h