鲁科版（2019）高中物理必修第三册讲义第4章 第4节　科学用电练习（含答案）

第4节科学用电学习目标：1.[物理观念]知道空气断路器和熔断器，并了解其工作原理。知道家庭电路的组成，能解释相关的现象。2.[科学思维]理解空气断路器和熔断器在电路中的作用，能根据实际用电功率选择熔丝或低压断路器，学会科学用电。3.[科学探究]通过对安全用电的探究，知道电路安全的知识及会正确选择，学会与他人合作，提高科学探究能力。4.[科学态度与责任]能体会科技发展对人类生活和社会发展的影响，能将全安用电和节约用电的知识应用于生活实际，知道保护环境科学用电的重要意义。一、家庭用电1．家庭电路一般由两根进户线、电能表、保险设备、用电器、插座、导线、开关等组成。进户线分为火线和零线，火线和零线之间有220V电压，它们构成家庭电路的电源。电能表用来测量用户在一定时间内消耗的电能，保险设备用来保护电路。2．现在家庭电路一般会串联空气断路器，又名空气开关，只要电路中电流超过额定电流，它就会自动断开。空气开关除能完成接触和分断电路外，还能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护。3．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火线与零线电流的微小差异，从而自动切断电路，防止伤亡事故发生。4．断路是由于导线没有连接好、用电器烧坏或未安装好等，使整个电路在某处断开的状态。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。说明：空气断路器及触电保护器，都对用电安全有重大作用，因而电路中必须安装。二、安全用电1．火灾和触电是用电中较容易发生的安全事故。用电时发生的火灾主要是由短路和过载造成的。2．触电一般是人直接或间接接触带电体造成的。带电体的电压若高于36_V安全电压，人接触就会导致触电。人靠近高压带电体时，也可能导致触电。说明：因高于36V的电压会有危险，所以实验时多数用学生低压电源，以确保师生安全。三、节约用电全球电能的最主要来源是火力发电，节约用电，不仅可以减少能源消耗，缓解能源紧张问题，还可以减少环境污染。1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)用电器的电功率越大，电流做功越多。 (×)(2)功率是1kW的空调正常工作一小时所消耗的电能是1J。 (×)(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。 (√)2．家庭电路中的保险丝烧断了，下列做法中正确的是()A．用钢丝代换B．为了保险，选择尽量粗的保险丝代换C．选择额定电流稍小于电路中最大正常工作电流的保险丝替换D．选择额定电流等于或稍大于电路中最大正常工作电流的保险丝替换D[用钢丝或尽量粗的保险丝代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，故应选等于或稍大于电路中最大正常工作电流的保险丝，故D正确。]3．(多选)小红家的限电器允许通过的最大电流是10A，她家有2个标有“220V40W”的日光灯，4只标有“220V15W”的灯泡，1个标有“220V1000W”的热水器，1台合计起来有160W的电脑，1台制冷时耗电为140W的电冰箱，1台耗电为80W的电视机，1台标有“220V1200W”的空调。请你通过计算判断：小红家的这些用电器可以同时使用吗？哪些电器可以同时使用()A．不能同时使用，灯泡、电视、空调、电脑、冰箱可以同时使用B．不能同时使用，灯泡、日光灯、电视、冰箱、空调、电脑可以同时使用C．不能同时使用，灯泡、热水器、空调可以同时使用D．都能同时使用AB[小红家最大可用电功率为2200W，而所有的电器都打开时总耗电功率为2720W，所以不能同时使用。热水器和空调合在一起恰好等于限电功率，打开任意一个小功率电器，只要不跟空调、热水器共同使用即可，故A、B正确。]家庭电路组成如图为常用的插座，上面为两孔插座，下面为三孔插座。试探究：什么情况下要求用三孔插座？提示：三孔插头一般是用于金属外壳的用电器，比如冰箱等。金属外壳导电，有时由于漏电，使金属外壳上带电、很容易伤人，用三孔可以接地线，把漏的电导走，安全。1．一般组成框图2．进户线①火线：火线跟零线间的电压是220V。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0V。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220V，零线与地线之间的电压是0V。3．电功的国际单位是焦耳(J)，焦耳这个单位太小，通常用较大的单位千瓦时(kW·h)，1kW·h＝3.6×106J。千瓦时俗称度。【例1】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思路点拨：(1)保险丝熔断是电流太大。(2)拉线开关中两根导线的线头相碰，开关不起作用。B[选项A过载可以引起保险丝熔断，A错误；选项D插座中两根导线的线头相碰，发生短路，也会使保险丝熔断，D错误；选项C也可，C错误；选项B中拉线开关线头相碰火线接通，不会使保险丝熔断，B正确。]eq\o([跟进训练])1．关于家庭电路，下列说法中正确的是()A．家庭电路采用的是电压为220V的交流电B．洗衣机、电冰箱等家用电器都使用三孔插座，是为了节约用电C．在家庭电路中，已有两盏灯正常发光，若再打开电视，则电路中的总电流变小D．可以用铜丝代替保险丝，这样可以防止断电A[家用电路采用的是电压为220V的交流电，故A正确；使用三孔插座，是为了防止因漏电而发生触电事故，故B错误；在家庭电路中，并联的用电器越多，总电阻越小，家庭电路的电压220V不变，则电路中的总电流变大，故C错误；保险丝不断电则无法起到保护电路的作用，故D错误。]安全用电及节约用电电路断路与短路有什么区别？为什么要防止短路？提示：断路是电路断开没有电流。短路是火线与零线直接相连，会有很大电流，易发生火灾等灾害。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)不要在同一插座上同时使用多个大功率的用电器，以免流过插座的电流太大，容易引起火灾。(5)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。3．常见故障处理(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。【例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。下表提供了一组人的部分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220V)电阻电流(加220V)手与手之间200kΩ1.1×10－3A5kΩ手与脚之间300kΩ7.3×10－4A8kΩ手与塑料鞋底之间800kΩ2.8×10－4A10kΩ(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220V电压后的电流值。(3)若对人的安全电流是20mA以下，上述哪几项是十分危险的。(4)电路上有规格为10A的熔丝(俗称保险丝)，如图所示，用电器R的功率是1500W，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？思路点拨：(1)在表格中查出对应的电阻数值，可算出倍数。(2)由欧姆定律I＝eq\f(U,R)可求出电流。[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＝eq\f(220V,5kΩ)＝44mA，I2＝eq\f(220V,8kΩ)＝27.5mA，I3＝eq\f(220V,10kΩ)＝22mA。(3)由上述计算知，潮湿时导电电流都大于20mA，所以上述各种情况均有危险。(4)通过用电器R的电流IR＝eq\f(PR,U)＝eq\f(1500W,220V)＝6.8A，人的手脚触电时通过人体的电流I2＝27.5mA＝0.0275A，通过熔丝的总电流为I＝IR＋I2＝6.8275A<10A，故熔丝不会熔断。[答案](1)38～80(2)44mA27.5mA22mA(3)潮湿时各种情况均有危险(4)见解析eq\o([跟进训练])2．小明家新购微波炉一台，铭牌如下表所示，他家为此铺设了专用电线，此专用电线上应该安装额定电流为________的熔丝。电源：220V50Hz额定功率：800W500W800W生产日期：2009.9.1[解析]用电器的总功率为P＝(800＋500＋800)W＝2100W，由公式：P＝UI得，I＝eq\f(P,U)＝eq\f(2100,220)A≈9.5A，即应选10A的熔丝。[答案]10A1．物理观念：空气断路器、熔断器、及用电安全。2．科学思维：空气断路器和熔断器的工作原理，及如何在生产、生活中安全用电和相关的计算。3．科学方法：调查法、实验法、计算法等。1．在台灯开关断开的情况下，把台灯插头插入插座时，室内其他电灯全部熄灭，保险丝熔断；有时是在台灯插头插入插座后，闭合台灯开关，室内其他电灯熄灭，保险丝熔断。引起这两种故障的最大可能是()A．前者是插座短路，后者是灯泡短路B．前者是插头短路，后者是灯泡短路C．两者都是插座短路D．两者都是插头短路B[家庭电路中的保险丝熔断，是由于电路中的电流过大引起。而产生电流过大的原因有两个：一是用电器总功率过大，二是发生短路。由生活常识可知台灯的功率一般较小，所以造成保险丝熔断的原因不会是因台灯的功率过大。由台灯插头未插入插座时，室内电灯正常发光可知插座处没有短路。在台灯开关断开的情况下，把台灯插头插入插座时，室内其他灯全部熄灭，保险丝熔断，这是由于插头短路引起；在台灯插头插入插座后，闭合开关室内其他灯熄灭，保险丝熔断，这是由于灯泡短路造成。由以上分析可判定选项B正确。]2．在家庭安全用电中，下列做法正确的是()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，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，如果用钢丝代替熔断丝，当电路短路或者用电量增大了，不容易熔断，会造成火灾隐患，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，故D错误。]3．某同学为测量家里一盏灯的实际功率，他只开亮这一盏灯，观察电度表转盘在3min内转了9转，若每千瓦时该表转3000转，则这只灯泡的实际功率为________。[解析]消耗的电能W＝eq\f(9,3000)×3.6×106J＝1.08×104J灯泡的实际功率P＝eq\f(W,t)＝eq\f(1.08×104,3×60)W＝60W。[答案]60W4．一只规格“220V1000W”的电炉，在220V电压下，如果平均每天使用电炉2h，求此电炉一个月(30天计)要消耗多少电能？[解析]当电压U＝220V时，电炉消耗的功率是额定功率W＝Pt＝1000×2×30×3600J＝2.16×108J。[答案]2.16×108J5．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。1min