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2021年初中物理竞赛基础版系列讲义-29家庭电路

  如图29 - 1所示,输电线进户后首先接到电能表上,电能表用来显示所消耗的电能。

  接下来是全户用电的总开关。当家庭电路需修理时,必须断开总开关,这时室内的全部电路与外面的输电线分离,可以保证施工人员的安全。

  总开关后面是保险装置。常用的保险装置是熔丝,装在保险盒内。电流过大时,熔丝会熔化,切断电路,所以对用电器能够起到保护作用。现在新型的保险装置是附加在总开关上的。这种电键通常叫做空气开关。当电路中的电流过大时,保险装置会使开关自动断开,切断电路,俗称跳闸。在找出电流过大的原因并把问题解决之后,用手重新闭合开关就可以了。

  在电能表、总开关、保险装置之后就可以连接电灯了。电路中还连接着各个房间的插座, 家用电器接在插座上。

  用测电笔可以判断哪条是火线)测电笔的构造:由笔尖金属体、电阻、氖管、弹簧、笔尾金属体组成如图29-2(a)所示。

  (2)测电笔的使用方法(以螺丝刀式为例):如图29 -2(b)和(c)所示,用手指接触笔尾金属体,用笔尖金属体接触所要辨别的电线。如果测电笔的氖管发光,说明接触的是火线;氖管不发光,说明接触的是零线. 熔丝

  熔丝俗称保险丝。当电路中电流过大容易造成危害时,由熔点低、电阻大的铅锑合金制成的熔丝能自动熔断,切断电路,从而对电路起到保护作用。

  洗衣机、电冰箱等用电器的电源插头有三条线所示,其中一条接火线(通常标有L字样),一条接零线(标着N),第三条标着E,它有何作用呢?

  原来,插头上标着E的导线和用电器的金属外壳相连,插座上相应的导线和室外的大地相连。万一用电器的外壳和电源火线之间的绝缘损坏,使外壳带电,电流就会流人大地,不致对人造成伤害。

  在新建的楼房里,连接各户的总开关上大多装有漏电保护器,如图29 - 4所示。正常情况下,用电器通过火线、零线和供电系统中的电源构成闭合电路,不应该有电流直接流人大地。但是,如果站在地上的人不小心接触了火线,电流经过人体流人大地,这时总开关上的漏电保护器就要起作用了,它会迅速切断电流,对人体起到保护作用。

  人体是导体。当人体成为闭合电路的一部分时,就会有电流通过,如果电流达到一定大 小,就会发生触电事故。

  如图29 - 5(a)所示,假如人的一只手接触火线,另一只手接触零线,人体、导线和电网中的供电设备就构成了闭合回路,电流流过人体,发生触电事故。

  如图29-5(b)所示,假如人的一只手接触火线,另一只手虽然没有接触零线,但是由于站在地上,导线、人体、大地和电网中的供电设备同样构成了闭合回路,电流同样会流过人体,发生触电事故。

  远距离输电采用高压输电,可以在远距离输电时减少由于电流的热效应造成的电能损耗。由焦耳定律Q = I2Rt可知,导线发热损耗的能量跟电阻及电流平方的乘积成正比。输电导线的电阻一般是确定的,损耗功率等于输出电压和输出电流的乘积,即:P =UI,所以要减少输出电流,只能升高输出电压。

  人体触电的根本原因,是因为有较大的电流通过人体。不高于24 V的电压对于人体是安全的,称之为安全电压。

  火线 V电压,测电笔和火线接触时,人体和测电笔连通了火线和大地,有电流产生,所以氖管发光。由于测电笔中电阻的阻值很大,约100万欧,所以电流很小,不会伤害人体。但使用测电笔时,手指千万不要碰到笔尖。

  如果导线的绝缘层磨损,使得家用电器金属外壳与火线接触,那么人体碰到家用电器的外壳就等于直接接触火线,会有触电的危险。家用电器金属外壳接地以后,人体这个“用电器”, 就因接地的导线而“短路”,这样电流不致对人体产生伤害了。

  保险丝越粗,其电阻越小,使保险丝达到熔断温度所需的电流就越大,所以允许通过的电流就会越大。故保险丝的规格是通过它的粗细来确定的。

  【解析】 用电器的电键是可以控制用电器与电路的连通情况。电键断开后,要保证用电器与电源断开。所以,用电器的电键应该接在火线和用电器之间。

  【答案】 用电器的电键应该接在火线和用电器之间。否则,电键断开后,用电器还与火线保持连接,这样人触摸到用电器就容易发生危险。

  【反思】 解答本题要明白电键的作用及火线家庭电路中接入大功率用电器时,电灯亮暗变化的原因

  例2冬天,李明同学插上电热取暖器的插头后发现室内电灯变暗了。他用电压表测量供电电压,结果是不接取暖器时的电压是210V,接上标有“220V1 000W”的电热取暖器后电压降为200V,通过计算可以知道,供电电路中的电阻约为________Ώ。

  【点拨】电路在取暖器不接人电路时供电电压较大,在取暖器接入电路时供电电压较小,说明供电电路的电阻不能忽略画出等效电路如图29-6所示.通过取暖器的电流较大,即干路电流较大,R两端的电压不能忽略。

  接上取暖器,等效电路是线路电阻Rx与R串联,电路中电流,,解得Rx=1.2(Ώ)。

  【反思】实际电路中,供电线路的电阻是;能忽略的,供电线越长,电阻越大,对电路的影响也越大,电路中电流的变化也越大,所以远距离输电时,要考虑输电线电阻对电路的影响。

  例3在晚间用电高峰吋,某些地区的家庭电路用户得到的电压明显低于220V,因而造成白炽灯昏暗,冇些日光灯甚至无法启动。这是为什么?怎样才能有效改善这种现象?

  【点拨】实际的输电线路都是存在一定电阻的,为便于分析,可以将两条输电线的电阻等效为Rx,如图29-7所示。其中U1为发电机或变电站向用户输出的电压220V,U2为用户用电器两端的实际电压。

  【解析】 当接入电路的用电器较少时,用电器消耗的电功率也较少。据P=IU2可知,电路中的电流较小,因而由欧姆定律可得Ux=IRx,即每根导线上分得的电压也很小,因为用电器和导线(电阻Rx)构成串联电路,故有U1=U2+2Ux,通常情况下,接入电路中的用电器较少,通过导线中的电流较小,且导线的电阻Rx很小,故Ux≈0,因此U1≈U2。

  当进人用电高峰时,即图29-7中接人电路的灯泡增多,致使电路中电流增大,从而输电 线所分得的电压值明显增大而不能忽略,这时将表现为U1>

  U2,即用户得到的电压(用电器两端的电压)明显低于220V。

  要想改善这种现象,就必须设法降低Ux的数值。据欧姆定律可知:Ux=IRx,因此减小Ux的主要方法是减小输电线的电阻;具体的做法是选用导电性能更好的材料制成输电导线, 或增大输电线的横截面积。

  【答案】当进人用电高岭时,电路中电流增大,从而输电线所分得的电压值明显增大.用 户得到的电压明显低于220V。要想改善这种现象,可减小输电电线电阻。

  【反思】输电线上损耗的电压在总电琉小时可忽略,总电流比较大时则不能忽略。

  1、任何一个家用电器的通断都________影响其他家用电器,因此家用电器要并联接入电路中,控制电流通断的电键应该和被控制的家用电器________联,起到及时________或__________电路的作用。

  2、家庭电路两根电源线,一根叫零线,在_______下,零线和大地之间的电压接近_______V;另一根叫火线,火线和零线之间有________V的电压,火线和地线之间也有约_______V的电压。

  3、为了测量用户在一定时间内消耗的电能,在家庭电路的_______路上应安装_____表。

  4、安装家庭电路时,从进户线到用电器之间应有总开关、电能表和保险盒,它们的排列顺序是_______、_______、_______。

  5、在远距离输送电能时,若输电功率不变,输电线的电阻不变,为了减小输电线路上的电能损失,从发电站出发,必须经过变压器把________升高,从而减小输电线的______,达到减小输电线路上电能损失的目的。

  7、家庭电路中的用电器正常工作,把台灯插头插人插座时,用电器突然全部停止工作,说明电路中( )

  D、电灯开关必须串接在火线、电冰箱启动时,与电冰箱并联的台灯变暗,关于这一现象,下列说法中不正确的是( )

  11、图29-8所示为小刚所连的两盏白炽灯和两个插座的电路图.通电后发现不能正常工作,下面几个措施中,可能引起危险的是( )

  C、拆掉电键S3,两条导线连在一起 D、拆掉电键民,两条导线、高压输电线路的铁塔顶端有一条(或两条)比下面输电线所示,他的作用是( )

  C、防雷电,起到避雷针的作用 D、作为备用线,供输电线、小红家的家庭电路进户电键上安装着漏电保器,上面写着图29-10中的一些数据,在以下几种说法中,正确的是( )

  14、一间教室里,有六盏灯、一个插座,三个电键各控制两盏灯,这些电灯、插座、电键应该如何连接?请画出电路图。

  15、如果用铁丝代替家庭电路中的保险丝,在什么情况下,可能出现什么危险?写出一种可能的危险,并说明会产生危险的理由。

  16、—台发电机的输出电压是220V,输出功率55kW,如果用电阻为0.5 Ώ的导线输送电能, 导线上消耗的功率是多少瓦?

  17、用10kV的电压输送1 000kW的电功率,输电线kV的电压输电,输电线上损失的电功率将是多少?

  18、从某发电厂向用户输送电能,如果输送功率为1 000kV,输电线kV时,输电线上损失的功率是多少?当改用20kV的电压输电时,输电线上损失的功率又是多少?根据你的计算结果,可以得出什么结论?

  1、保险丝是用电阻率较 、熔点较 的合金线制成的。当电路中有过大的时,能产生足够的热量,而迅速 ,才能起到 电路的作用。

  2、家庭电路中的两根线,一根叫 线,一根叫 线,电键的作用是 。保险丝的作用是 。

  3、要使电路中的用电器不再有电流通过,并且保证人身安全,根本的方法是切断 线和用电器的连接。保险丝和电键在电路中的作用的共同之处是在必要的时候切断电路,因此都要接在 线所示的家庭电路中,可判断出电路中的 是火线, 是零线(选填“AB”或“CD”)。

  5、在使用测电笔时,电流 人体。笔里的电阻起的作用是 ,因此它的阻值一定 。(选填“很大”或“很小”)。

  C、立即切断电源或用干燥的木棍将电线挑开 D、立即拨打电线、家庭电路中的保险丝烧断了,下列做法中正确的是 ( )

  9、图29-12给出了小明设计的楼梯照明电灯的四种控制电路,其中S1、S2分别为楼上和楼下的电键(都是单刀双掷电键)。要求拨动其中任一电键,都能改变电灯原来的发光或熄灭状态。在实际应用中最好的方案是 ( )

  10、小刚家中的几盏电灯突然全部熄灭了,检查保险丝发现并未烧断,用测电笔测试各处电路

  C、室内线路发生短路 D、进户火线、家中保险丝熔断了,其原因可能是 ( )

  15、在某电路中,需要临时接人一只大功率用电器的插座,为安全起见,同时也将保险丝接人

  16、图29 -14所示为一个三孔插座,其中有一个插孔的导线与室外大地相连,请把这个插孔与图中代表大地的记号“E”用线连起来。如果这个插孔的导线断了,使用这个插座还能使洗衣机转动,请指出这样做存在的问题。

  17、某发电站向用户输送的功率为1000 kW,若输电导线V时,输电线路上损耗的热功率为多少?若改为105V高压输电,输电线路上损耗的热功率又是多少?

  18、某发电机组的输出电压为220 V,输出功率为110 kW,用电阻0.3Ω的导线把电能输送到远处时,求:(1)导线)导线上的功率损失是多少?(3)如果改为 6 000 V的输出电压,那么导线中的功率损失又是多少?(4)比较(2)、(3)的结果,可以得到什么结论?

  19、目前新建楼房的供电系统中已经不再使用保险丝,而是使用一种自动控制的安全电路。当用电负荷过大或发生短路时,电路会自动切断;如果站在地面上的人碰到火线而使火线与大地经人体构成通路,电路也会自动切断,以保人身安全。

  小玲家新居中装的就是这样的电路。搬家后,她看到墙上的电源插孔是三线的,为了安装电视机,她买了一个插销板,插在墙上的一个三线插孔中,然后把电视机的插头插在插销板上的插孔内。但是,接通电视机的电源时,室内所有插座全都断电,表明电路自动切断了。到配电箱一看,果然是“掉闸”(总电键自动切断)了。

  请问是电视机出了故障,还是用电量太大了?小玲用手把总电键闭合,换其他几个确保正常的用电器插到这个插销板上,直至耗电只有15 W的小台灯,仍然是这样。但是,把插销板插到墙上的其他插孔上,就一切正常。问题可能出在哪里?为什么会出现这样的现象?怎样解决?

  15、【答案】如果户内电线短路,电流将会很大,这是铁丝不能熔断,电路将会过热,可能引起火灾。

  18、【答案】200kW,50kW,采用高压输电可以减小输电电流,从而减小输电线上的电能损失。

  2、【答案】火,零,控制用电器的通断,在过大的电流通过电路时,自动切断电路,起到保险作用。

  16、【答案】洗衣机外壳与电源火线之间的绝缘层被破坏,就容易造成触电事故。

  18、【答案】(1)500A (2)75kW (3)100.8W (4)电压越高,电流越小,则在导线上损耗的电能越少。

  19、【答案】问题是施工时墙上插座内的零线和底线相互接错了位置,使用时,用电器把火线和地线连通,自动控制系统误认为时人体把火线和地线连通,自动切断了电路。纠正方法:把这个插座从墙上拆下来,把零线和地线的位置对调后在装回去。