电功率和安全用电

课程信息年 级初二学 科物理版 本通用版内容标题电功率和安全用电编稿老师王少芳【本讲主要内容】电功率和安全用电这节课主要学习两个问题：一是电流与电功率的关系，二是电路的保护保险丝的应 用，二者都是与生活实际紧密相联的。学习策略熟悉基本公式的应用，正确判断电路连接方 式的基础上应用基本公式解题，同时了解家庭用电的一些实际知识。通过复习电流与电功率的关系，培养同学们把实际问题转化为物理问题的能力。【知识掌握】【知识点精析】1、电功率与电流的关系：在家庭电路中，所用用电器都是并联的，每个用电器两端的电压都等于供电线路的电压 U根据公式P=IU，可以求出用电器正常工作时的电流I=P/U,如果电路中有n个用电器 工作，则干路电流为I = I+I+ .+ I = P/U+P/U+.+P/U =P JU12n12n总可以得到，家庭电路中的电压是一定的，所以用电功率P越大，电路中的电流I就越 大。当电路中用电器的总功率过大,使得干路电流超过了保险丝的额定电流时，根据Q=I2Rt 可知，保险丝就产生了大量的热，温度迅速升高，直至熔化。2、为了保护电路，我们在家庭电路中要安装保险丝.(1) 明确造成保险丝熔断有两个原因：一是发生短路；二是用电器总功率过大；(2) 其中对于保险丝需要明确以下6个问题 保险丝的选取要根据电路允许的最大电流选定规格 保险丝的熔断原因有两种 保险丝的电阻较大(也可分析：由P=I2R可知，当I相同时R越大，电能转化为热 的功率P越大) 保险丝是由铅锑合金做成的 保险丝的熔点低 保险丝不能用钢丝或铁丝来代替【解题方法指导】例1如图所示，电路中的导线为什么会燃烧起来？下面是某同学的解释，解释中丢掉了 一些关键字请你补充完整。在家庭电路中，若同时接入如图所示的用电器，会造成电路过大，从而引起干路中的过大，根据定律，可知导线中将产生大量的，使导线发热，甚至燃烧引起火灾.解题思路：家庭电路是并联电路，当连入的用电器过多，由于支路电流增加，会造成干路电流过大， 从焦耳定律 Q I2Rt 可知电路的电流过大会产生大量的热。所以丢掉的关键字应为答案：总功率、电流、焦耳、热量 说明：本题中要注意：认真观察给出的图，联想用到的物理知识，家庭电路中电流，电 压，电功率的特点，结合焦耳定律的知识求解。例2.某同学家中的保险丝经常熔断，可能的原因是：A. 电路导线过细，线路电阻太大B.线路老化，接头处接触不良C.同时使用的用电器总功率过大D.保险丝的额定电流太小解题思路：从题目可知家庭电路的电压通常认为一般不变，由欧姆定律I=U/R，得知线路中的电 流与线路中的电阻成反比，电阻越大，电流反而更小，不会引起保险丝熔断，所以A选项 错误；线路接触不良，将使接头处产生一个很大的接触电阻，导致线路的总电阻增大，也不 会引起保险丝熔断，所以B选项错误。再利用公式I= P/U可知，电压一定时，用电功率 P越大，电路中的电流I就越大，所以C选项有可能；保险丝的选择应使其额定电流稍大于 家庭电路中所有用电器全部运行的最大电流，如果保险丝的额定电流过小，就很容易熔断， 所以D选项有可能，因此正确答案：CD。说明：本题考查同学们对家庭电路中电流过大的原因的理解，以及综合分析判断电路故 障的能力，由于多项选择，同学们往往由于概念不清，而多选了B,或少选了D. 这里需要强调，线路老化，接头处接触不良这种情况，虽不能直接造成保险丝熔化，但是由 于时通时断，这样会产生电火花，电火花释放的热量极易损坏邻近的线路，从而造成短路现 象，轻者烧坏保险丝，重者造成火灾，也很危险。例3.对家庭电路来说，电路的总电阻和总功率情况正确的是：()A. 亮着的灯越多，总电阻越大，总功率越大。B. 亮着的灯越多，总电阻越小，总功率越大。C. 亮着的灯越少，总电阻越小，总功率越小。D. 亮着的灯越少，总电阻越大，总功率越小。解题思路：认真审题，找到关键词“家庭电路“各个用电器”是并联关系，电压可认为不变的， 亮着的灯越多，代表工作的用电器越多，根据并联的等效电阻关系式，可知电路的总电阻变 小。根据欧姆定律I = U/R，得知电流变大，因为总功率P=UI，所以总功率就变大，B 选项正确。或者用另一条思路，家庭电路是并联电路，电压是不变的，亮着的灯越多，支路增多，干路电流增大，根据I = U/R，可知总电阻变小，又根据(I =人+12+.+1 =12nPP/U+P/U+. + f )；12 U总功率变大。所以反之亮着的灯越少，总电阻越大，总功率越小。所以正确答案为 B D。说明：此题考察家庭电路中使用的用电器增多时，总电阻、总电流、总功率的变化情况 这实际是电路的动态分析问题，由于没有电路图，所以就有了一定的难度，分析方法和前面 学过的简单电路相同，都是从电路结构的变化入手来判断电阻的变化，进而分析电流的变化， 功率的变化。注意这类没有电路图的问题，解题要慎重，要做到心中有图，不乱套公式。例 4. 某些老住宅中，安装了家用空调。当空调机使用一段时间会出现烧断保险丝的现象。 试分析保险丝烧断的原因。解题思路： 保险丝烧断说明家庭电路中电流过大。要判断是什么原因必须明确它们的特点。短路发 生时，电流值非常大，一瞬间保险丝将熔断；总功率超过设计的额定功率，一般电流要比设 计值大一些，经过一段时间保险丝会熔断。说明：老住宅设计的额定功率较小，安装了大功率的家用空调，电流超过额定电流；经 过一段时间，保险丝将被烧断。保险丝被烧断的原因是家用空调使用时，电流过大。一般不 是短路造成的。在我国城乡部分经常出现用户电能表烧坏或电线过热现象，为了满足广大市 民的用电问题，市政府对许多地区进行了供电线路的改造，重点是对老楼电路进行“增容” 的改造，那什么是“增容”呢？就是增加老住宅设计的额定功率，导线换成更粗的、电能表 的额定电流换成更大的。分析这类问题的基本方法就是看现象，找原因，根据电路先后所处的两种状态，判断故 障的依据是：电路连接的知识，生活用电常识，家庭电路组成结构，以及基本电路的计算等 知识，这类问题常在中考中以选择题、简答题的形式出现，虽然难度不大，但迷惑性强，比 较容易错。例5. 一间教室，共有8盏40 瓦, 2盏60瓦的灯，一台200瓦的投影仪，如果同时使用， 总功率是多少？教室里的保险丝应选取什么规格的？解题思路：教室里的电路是家庭电路，用电器是并联的，总功率等于分功率之和：P=8P+2P2+P3 = 8X40W + 2X60W + 200W = 640W, I= P/U =640W/220V= 2.91A。答案：如果同时使用，总功率是640W，教室的保险丝应选额定电流是3 A的保险丝。说明：此题与实际联系紧密，首先要明确教室电路是家庭电路，应用家庭电路中电路的 特点进行解题，并且理解保险丝的规格选取实际在求干路的电流，解决这道题的关键是要会 把实际问题转化为物理问题。从功率入手，先求出用电器的总功率，再求干路电流。这种方 法更简单些。所有电器都要并联在电路中使用，因此掌握在并联电路中电功率，电流的特点 对解题非常有帮助。【考点突破】【考点指要】近年来，随着中考题与联系生活和生产实际越来越密切，尤其是这部分电功率与安全用 电的知识多与电功、电热知识相结合，以综合计算题的形式出现，不仅考察同学们对知识的 应用，更考查了同学们联系实际分析解决问题的能力。这种题信息量大，内容多，解题时必 须仔细研读，反复推敲，提炼物理本质，使复杂问题简单化，把实际问题转化为物理问题， 利用物理规律求解。这部分内容是电学的重点，考试水平是理解水平，可出较难的试题， 常 与欧姆定律及串、并联电路的有关知识结合起来考，题目的综合性强，近几年的题型中联系 生产和生活实际的题占的比例较大。此类考题多以选择、填空、实验题、简答、计算题等题 型出现，分值为35分题，尤其是电功率与电流的关系出现频率比较高， 家庭电路的“增 容”问题结合额定电压、额定功率、实际功率、电热、电功率的计算、电路的分析、串并联 电路的电流、可出较难的计算题。典型例题分析】例 1. 下列现象中可能引起保险丝熔断的是（）A. 插座中的两个线头相碰了B. 开关中的两个线头相碰了C. 灯泡的灯丝断了D. 进户线的绝缘皮破损了解题思路：插座中的两个线头相碰会造成短路而使电路中的电流过大，所以此时保险丝会熔断；开 关中的两个线头相碰只是相当于开关闭合了，不会造成短路，所以此时保险丝不会熔断；灯 泡的灯丝断了，闭合开关也没有电流流过，更不会造成电流过大；进户线的绝缘皮破损会使 进户线短路，这时会有较大的电流，但此时的电流却不通过保险丝。所以不会导致保险丝熔 断。正确答案：A例2.当今洗衣机的使用十分普遍，它把人们从手工洗衣这一烦琐的家务中解放了出来。 比较下图中甲、乙两图中的做法，你认为哪一种做法更安全？为什么？解题思路：大功率用电器或有金属外壳的用电器须使用三脚插头和三孔插座。这样做的目的就是防 止用电器外壳与火线相连后，人接触外壳就会发生触电事故。三孔插座中间孔是接地，三脚 插头中间脚是接用电器外壳。当把插头插入插座后，外壳便与大地相连，即使火线与外壳相 连了，电流也不会通过人体，人就不会触电。由此可知，应是乙图中的做法更安全。答案：乙图的做法更安全；因为乙图中洗衣机外壳接了地。例3.如图所示，电源电压不变，R1=2R2，当开关S断开时，电阻叫的功率为匚，当开关S闭合时，电阻R,上的电功率为P，则P1跟P的比值是（）iii 1A. 2： 1B. 3： 2C. 4： 9D. 9： 4解题思路：开关 S 的断开、闭合导致电路发生变化。分析题时要画出不同状态下的等效电路图（如 下图所示）。在图上标出已知条件和隐含条件，抓住变中的不变因素即电源电压不变和 R1 的阻值不变。题目类型为：讨论同一用电器R在不同电路中的功率问题。由已知R=2 R2,2可得R1： R2 = 2： 1, S断开，R1两端的电压U= U, S闭合，R1两端电压U =U。根 1 2 1 1 3 1 12据 R1 阻值不变，则 P1： P = U 2 : U 2 = （丁U）2 : U 2=4 : 9。1 1 1 1 1 3答案：CUi TP正确选项为 Bo【综合测试】一、填空题：1. 家庭电路中电流过大的原因:2. 根据图示情景，提出一个物理问题，并用物理知识作简要回答. 问题：。回答：。3. （05年杨州市中考试题）（1）某车间装有“220V 40W”的白炽灯100盏，该车间安装的电能表的额定电流至少为A （选填“10” “20”或“30”）；（2）若一天每盏灯平均工作4h,则该车间每天耗电约kW ho4. 据报道，近几年来有许多重大火灾是由于线路连接处接触不良所造成的，原因是：线路连接处接触不良时，该处的电阻彳 （选填“减小”、“增大”或“不变”，在该接触处就会产生局部过热升温，接触处的电阻又将随着温度的升高而（“减小”、“增大”或“不变”），从而形成电热的逐步积累和恶性自循环，以致发生火灾。5. 教学楼上安装了总功率为660W的电灯，全部使用时，通过保险丝的电流是如果教学楼上安装了 “220V5A”电能表，还可以再使用总功率为W的用电器。6. 一标有“6V 3.6W”的小灯泡，把它接在12V的电源上，为使它的功率为0.9W，需要联上一个的电阻？7. 一标有“6V 3.6W”的小灯泡，把它接在12V的电源上，为使它的功率为3.6W，需要联上一个的电阻？、选择题8. 关于生活用电，下列说法正确的是（ ）A. 保险丝的作用是随时切断电路B. 有金属外壳的家用电器，外壳一定要接地C. 为了固定导线，可以将有绝缘外皮的通电导线直接绕在钉在墙上的铁钉上D. 使用测电笔时不能用手接触笔尾的金属体9. 下列关于安全用电方面的说法中正确的是（ ）A. 只要电灯不发光，就可以用湿布把它擦干净B. 只要将保险丝换上粗的，电路中就可以接入大功率的用电器C. 把家用电器的金属外壳接上地线，可以防止触电D. 看到有人触电应立即用手把他拉开10. 下列说法中正确的是（）A. 插座中的两个线头相接触时会出现短路现象B. 只有36V的电压才是安全的C. 电视机正常工作时的电流约为50AD. 家庭电路中保险丝应用熔点高的材料制成11. 在家庭电路中有两盏40W灯，一台120W的电冰箱都在正常工作,若再接入一台600W的电熨斗时（）A. 电路中总电流增大B. 电路两端电压增大C. 电路中总电阻增大D. 电路两端电压减小12. 某宿舍楼保险丝经常烧段，则电路的（）A.总电流过小 B.总电流过大C.总电阻过大 D.总电阻过小13. 某照明电路安装了 25W的电灯26盏，一天电路上的保险丝断了，电工手头只有额定电流为1安的保险丝，那么应该把几股这样的保险丝并联起来代替才比较合适（）A. 1股B. 2股C. 3股D. 4股14. 标有“220V、60W”和“220V、40W”的两盏灯，串联接在220V的电路中，消耗的总功率为（）A. 50WB. 20WC. 100W D. 24W三、计算题：15. 一台直流电动机其线圈电阻为20,工作时的电流为5A，当加在电动机两端的电压为 220V时，那么在5min内电流做了多少功？电机产生的热量是多少？16. 靠近发电厂的居民小区，用户电压经常偏高，最高时比正常高22V，（1）某居民家中装修时，将“220V100W”的灯接入该电路，灯泡的实际功率可达多 少？（2）在电压最高时，要使“220V 100W”的灯正常发光，需要串联一个多大的电阻？17. 请设计一个简单的电路，当电源电压为12V且保持不变时，滑动变阻器的滑片无论怎 样移动，只能使标有“6V 3.6W”字样的小灯泡的功率在0.9W3.6W的范围内变化（可以 增添仪器，不考虑温度对电阻的影响）。要求（1）画出电路图。 （2）计算出滑动变阻器的最大阻值。你热爰生命吗*?那么别浪费时间，因为时间是組成生戈訂命的材料富兰克林【综合测试答案】一、填空题：1. 用电器总功率过大 ，发生短路，2. 为何插座发热 用电器总功率过大；插座处大导线为何较粗，容纳的电流较大。3. I 1 = P/U =40W/220V= 0.18 AI=100I =100X0.18A = 18 A 18A 20A 选择 20A, W1 = Pt =0.04kW X4h =0.16kW h W=100W =100X0.16kW h = 16 kW h4. 增大；增大5. I1 = P/U =660W /220V = 3A； P =UI=220VX(5 3) A=440WU26. R =-=(6V) 2/3.6W=10Q灯 p额 P = -P0.9W=(1/4)X3.6W实 4额.U = U =(1/2) X6V =3V灯 2 额灯 3V 12V串联一个能分担9V的电阻RU R灯 = 灯U RR3V/9V = 10Q /RR=30Q答案：串，30 OU27. R =-=(6V) 2/3.6w=10Q灯 p额 3.6w=3.6w P = P实 额. U = U =6V实 额 6V 2.95A3 股并联14. D22022202U22202R 一R R R + R , P 240(W)1 60240总 1 2 总 R2202 2202总+604015. VW=UIt. W=220V X5AX300s=3.3X105J.Q=I2Rt .Q=(5A) 2X2Q X300s= 1.5X104J16. R=U2/P =(220V) 2/100W=484Qe eP =U2/R =(242V) 2/484Q =121W头灯正常发光就要串联1个能分担22V电压的电阻R,U R灯=灯U RR220V/22V = 484Q /RR=48.4Q17. 此题是在6, 7题的基础上设计而成的.(1)电路图：- （2）滑动变阻器未接入电路时，灯最亮功率最大如图示,U2R =-=(6V) 2/3.6W=10Q 灯 p額3.6W=3.6W . P =P實額. U =U =6V灯额 6V 12V串联一个能分担6V的电阻RxUR灯=灯URRx6V/6V = 10Q /RxRx=10Q滑动变阻器全部接入电路时，灯最亮功率最小如图示滑片在最右端U2R =-=(6V) 2/3.6W=10Q灯 p額0.9W=(1/4)X3.6W P =實 4額.U =1/2Ue U =(1/2)X6V =3V实实 3V 12V串联一个能分担9V的电阻(Rx=R”+Rp)灯UR灯=灯UR Rx3V/9V = 10Q /R xR x=30QRp =R x-Rx =30Q 10Q =20Q滑动变阻器的最大阻值为20Q。