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  4. 家庭电路的故障分析

右图是一个加热、保温电路的一部分。电热丝R1规格为“220V1100W”,限流电阻R2=506Ω。电路的工作原理是:当温控开关S接a时,电热丝R1接入电路,电路处于加热状态;当达到一定温

一、题文

右图是一个加热、保温电路的一部分。电热丝R1规格为“220V 1100W”, 限流电阻R2=506Ω。电路的工作原理是:当温控开关S接a时,电热丝R1接入电路,电路处于加热状态;当达到一定温度时,温控开关S自动从a切换到b,电路处于保温状态。正常工作时,加热功率1100W,保温功率88W。(电源电压保持不变,电阻不随温度变化。)

(1)请你按照上述原理,对右图进行连线,使它成为完整的电路图;
(2)某天在使用(1)中已经连接完整的电路时,R1烧毁了。有人想使电路恢复正常工作,设计了下面方案。请通过计算、分析,对两个方案作出评价:
方案一:用“220V220W”电热丝R3、“220V 880W”电热丝R4串联替代R1
方案二:用两根都是“220V 550W”的电热丝R5并联替代Rl
(3)请你选用下表所提供的电热丝,再设计一个方案,使(2)中损坏的电路恢复正常工作,并说明设计理由。
电热丝:
符号
R6
R7
R8
R9
规格
220V  500W
220V  600W
220V  2200W
110V  550W
数量
1
1
2
3

考点提示:家庭电路的故障分析

二、答案

(1)如图所示  (2分)

(2)方案一:  (2分)
R3= U2/ P3 =(220V)2/220W=220Ω
同理R4= 55Ω
R3、R4串联后:
加热时:P= U2/(R3+R4)=(220V)2/(220Ω+55Ω)=176W<1100W
保温时:P′=U2/( R3+R4+R2)= (220V)2/(220Ω+55Ω+506Ω)≈62.0W<88W
两项都不合题意要求,方案一不可行。
方案二:  (2分)
R1=U2/P1=(220V)2/1100W =44Ω,同理R5= 88Ω。两根电热丝R5并联后总电阻值是44Ω,能替代R1,加热时功率为1100W;保温时功率为88W。正常工作时,两项都合要求。
但是,当其中一根电热丝烧坏时,电路仍可以工作。
加热时:R5正常工作,P=550W<1100W
保温时:P′′= U2/(R2+R5)= (220V)2/(506Ω+88Ω) ≈81.5W<88W
断了一根电热丝后,两项都不合要求,而且不能及时发现加以排除。可见方案二不是最佳的。
(3)设计如下: (2分)
将两根“110V 550W”电热丝R9串联替代R1
理由:一个电热丝的电阻值为R9
R9=U2/P=(110V)2/550W=22Ω
两根电热丝串联后总阻值是44Ω,接在220V电压下能正常工作,能完全等效
替代R1,符合题意要求。
其它设计,只要符合题意要求均给分。

三、考点梳理

知名教师分析,《右图是一个加热、保温电路的一部分。电热丝R1规格为“220V1100W”,限流电阻R2=506Ω。电路的工作原理是:当温控开关S接a时,电热丝R1接入电路,电路处于加热状态;当达到一定温》这道题主要考你对 家庭电路的故障分析 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:家庭电路的故障分析

考点名称:家庭电路的故障分析
  • 家庭电路故障有四种:
    断(开路)、短路、过载和漏电。
    1. 开路电灯不亮,用电器不工作,表明电路中出现开路,开路时电路中无电流通过,该故障可以用测电笔查出。
    零线断路用电器无法工作用测电笔测火线灯亮测零线不亮。
    火线短路电电器无法工作用测电笔测火线不亮测零线不亮用
    电器短路电电器无法工作用测电笔测火线亮测零线不亮

    2. 短路就是电流没有经过用电器直接构成通路,发生短路时,电路中的电阻很小,电流很大,保险丝自动熔断。若保险丝不合适,导线会因发热,温度迅速升高,而引发火灾。
    用检验灯查短路位置,把检验灯接在火线的保险丝的位置,即串联在接线柱上,然后逐个接通每一盏灯的线路,如果检验灯较暗或不亮,则可判定这部分电路未发生短路,如果检校灯正常发光,则可断定此电路短路。

    3. 过载电路中用电器过场多或总功率过大,导致通过导线的总电流大于导线规定的安全电流值。出现这种情况更轻者导致用电器实际功率下降,重者导电会因过热而引发火灾。

    4. 漏电如果导线外层或用电器绝缘性能下降,则有电流不经用电器而直接漏入地下,漏电会造成用电器实际功率下降,也能造成人体触电,使用漏电保护器能预防漏电的发生。

  • 如何判断家庭电路故障:
        家庭电路故障主要是由于断路、短路、总功率过大等引起的。若是短路或用电器总功率过大,保险丝会熔断,若是进户火线断了,试电笔不会发光。当然还有其他原因、做题时需要用心判断。

    例1夜里,小明家的三盏电灯均正常发光,突然三盏电灯全部熄灭,经检验保险丝完好,用试电笔检验插座的两孔,氖管均发光。发生这一现象的原因可能是(    )
    A.插座处发生短路了
    B.某个电灯的灯丝烧断了
    C.进户线的火线断了
    D.进户线的零线断了

    解析:由于保险丝完好,说明电路中一定没有出现短路现象,A选项错误;家庭电路中各个用电器是并联的,某个电灯的灯丝烧断了,其他的电灯仍然发光,B选项错误;如果进户线的火线断了,氖管不会发光,C选项错误;正确选项是D,进户线的零线断了,使家中各个用电器都处于带电状态,故用试电笔检查时氖管均发光。

    答案:D

  • 家庭电路中电流过大的原因:
    1.发生短路情况:装修电路时不细心,使火线和零线直接连通;电线绝缘皮被刮破,或者电线和用电器使用时间过久,绝缘皮破损或老化,使火线和零线直接连通,都会发生短路现象。发生短路现象时,有强大的电流通过导线和用电器,会造成导线和用电器烧毁,这是必须要避免的。

    2.用电器总功率过大情况:当电路中同时使用的用电器过多,或使用的用电器功率过大,都会造成整个电路中的总功率过大,当用电器功率过大时,根据公式 P=UI,也会导致电路中电流过大。例如,居民楼里电炉子、电暖气、微波炉、电熨斗等大功率的用电器插在一个插座上让它们同时工作,导致电流过大烧毁保险丝或造成跳闸等。所以不能同时使用大量大功率的用电器,这是很危险的。

    地线、火线和零线的区分:
         低压供电线路由两根电线(火线和零线)与家庭电路相连。火线和零线之间有220V电压,火线与大地之间也有220V电压。在三孔插座中有一根电线将家用电器外壳与大地相连,这根线称为地线,虽然在正常情况下地线和零线之间没有电压,但绝不能将地线和零线接通,否则容易造成触电事故。
        
         用试电笔接触火线时,试电笔的氖管发光,接触零线和地线时,正常情况下氖管不发光。如果发光了,说明零线断路或有用电器的外壳带了电。

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