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  4. 家庭电路的故障分析影响电阻大小的因素电功率的计算

如图所示三幅漫画生动地描述了一位学生的经历,针对下面三幅漫画,请你看图回答:(1)有一个灯泡不亮的原因(2)灯泡后来为什么又亮了(3)这个灯泡为什么更亮了.

一、题文

如图所示三幅漫画生动地描述了一位学生的经历, 针对下面三幅漫画,请你看图回答:
( 1)有一个灯泡不亮的原因                                        
(2)灯泡后来为什么又亮了                                        
(3)这个灯泡为什么更亮了                                         .

考点提示:家庭电路的故障分析,影响电阻大小的因素,电功率的计算

二、答案

(1)灯丝断了    
(2)摇了几下后,断了的灯丝搭接上了    
(3)在电压一定时,搭接上后,由于长度减少,由 P=可知,灯泡的实际电功率增大了

三、考点梳理

知名教师分析,《如图所示三幅漫画生动地描述了一位学生的经历,针对下面三幅漫画,请你看图回答:(1)有一个灯泡不亮的原因(2)灯泡后来为什么又亮了(3)这个灯泡为什么更亮了.》这道题主要考你对 家庭电路的故障分析影响电阻大小的因素电功率的计算 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,影响电阻大小的因素,电功率的计算

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。

考点名称:影响电阻大小的因素
  • 影响电阻大小的因素:
    1.电阻是导体的属性,它的大小只与材料、长度和横截面积有关;与导体两端的电压和通过导体的电流无关。在材料相同时,长度越长,横截面积越小,电阻越大。

    2.导体的电阻还与温度有关。一般来说,导体的电阻随温度的升高而增大,如金属导体;也有少数导体的电阻随温度的升高而减小,如石墨类导体。

  • 易错点:
    ①电阻是导体本身固有的一种属性,不同导体的导电能力是不同的。
    ②绝缘体之所以能起到绝缘的作用,就是由于其电阻很大的缘故。

    典型例题:
    例题一:有一段导体电阻为8欧姆。
    (1)如果把它截去一半,则阻值为多少?
    (2)如果把它对折重叠,则阻值为多少? 分析与提示:导体电阻与长度和横截面积有关。
    解题过程:(1)导体长度为原来一半,所以电阻为原来一半为4欧。(2)对折重叠后,长度为原来一半,横截面积为原来的两倍,所以电阻为原来的四分之一为2欧。

    易错情况分析:第(1)问一般没有问题,第二问容易错答为4欧或8欧,答4欧的原因是忘了重叠后横截面积发生的变化影响了电阻的大小,答8欧的原因是以为横截面积变大使得电阻变大,其实电阻与横截面积成的是反比,横截面积变为原来2倍使得电阻应在减小为二分之一,只有2欧。

    选题角度:第一是检查学生是否知道哪些因素会影响电阻大小,第二是运用知识“导体电阻与长度成正比,与横截面积成反比”。

    例题二:如图所示,开关闭合后,用酒精灯对串联在电 路中的电阻丝进行加热,这电流表的示数将____ (变大、变小、不变),小灯泡的亮度将____ (变亮、变暗、不变)。
    分析与提示:导体电阻受温度的影响。

    解题过程:用酒精灯对串联在电路中的电阻丝进行加热后, 电阻温度升高,电阻将变大,所以使得电路中的电流减小,所以电流表的示数将变小,小灯泡的亮度将变暗。

    易错情况分析:有些学生可能会认为电阻温度升高,电阻将变小,所以答为电流表的示数将变大,小灯泡的亮度将变亮。

    选题角度:温度对电阻的影响在初中的基础学习中不常提起,但在实际科技中,这一点不可忽视,所以目的在使学生记得导体电阻除了受自身因素(材料、长度、横截面积)影响之外,其实还应强调当时的温度情况。
  • 用控制变量法研究电阻大小的影响因素:
         使用控制变量法的一般步骤是:
    (1)明确研究的问题中有多少个物理量,搞清研究对象是哪个物理量。
    (2)逐一研究这个物理量(研究对象)跟某一物理量的单一关系时,要使其他物理量保持不变。
    (3)把这些单一关系综合起来。
    例如:在“研究电阻的大小与什么因素有关”时,就用到了控制变量法。因为影响电阻大小的因素有四个,即材料、长度、横截面积和温度。如要研究材料对电阻的影响,则需控制其他三个因素不变。

    例:在探究“导体的电阻跟哪些因素有关”的问题时,某老师引导学生作了如下的猜想:
    猜想1:导体的电阻可能跟导体的横截面积有关;
    猜想2:导体的电阻可能跟导体的长度有关;
    猜想3:导体的电阻可能跟导体的材料有关。

    如图所示是他们进行实验探究时所用的器材,演示板上固定了四条金属电阻丝,a、b、c的长度均是lm, d的长度是0.5m;a、b的横截面积相同,材料不同;a、c 的材料相同,但c的横截面积大于a的横截面积;a、d 的材料和横截面积都相同。
    (1)在探究电阻跟横截面积的关系时,可依次把 M、N跟____的两端连接,闭合开关,记下电流表的示数。分析比较这两根金属电阻丝的电阻大小。
    (2)依次把M、N跟a、d的两端连接,闭合开关,记下电流表示数,分析比较a、d两根金属电阻丝的电阻大小,可探究电阻跟____的关系,其结论是: __________.
    (3)以上方法在研究物理问题时经常被用到,被称为控制变量法。试根据学过的物理知识再列出两例可用这种方法研究的问题:___、____。
    (4)一般来说,所有物体都有电阻。在探究过程中,又有同学提出猜想4:电阻还可能跟温度有关。请用一个废灯泡的灯芯(如图所示)设计一个实验来研究这个问题,要求:①说出方法,②画出电路图。

    解析:本实验探究过程中采用控制变量法,通过研究电阻与材料、长度、横截面积和温度的关系,得出电阻的大小与这些影响因素之间的关系。

    答案:(1)a、c
    (2)长度在导体材料和横截面积相同时,导体越长,电阻越大(或导体的电阻跟长度成正比等)
    (3)研究电流与电压和电阻的关系研究压强与压力和受力面积的关系
    (4)①方法:用导线把废灯泡灯芯和电源、开关、电流表连成如图所示的电路,再用酒精灯给灯芯加热,同时观察电流表示数的变化,并进行分析,得出结论;
    ②电路图:如图所示。
考点名称:电功率的计算
  • 电功率的计算公式:
    1. 定义式:P=W/t

    2. 常用公式:P=W/t=UIt/t=UI,即P=UI
  • 并、串联电路的总功率:
    1.并联电路的总功率
    因为P1=I1U,P2=I2U
    P=IU=(I1+I2)U=I1U+I2U,所以P=P1+P2
    即并联电路的总功率等于各并联用电器的电功率之和。
    并联电路电功率的分配:
    因为P1=I1U,P2=I2U,
    所以
    又因为,所以
    即并联电路中,电功率的分配跟电阻成反比。

    2. 串联电路的总功率
    因为P1=I1U,P2=I2U
    P=IU=(I1+I2)U=I1U+I2U,所以P=P1+P2
    即串联电路中总功率等于各串联电器的电功率之和。
    串联电路电功率的分配:
    因为P1=I1U,P2=I2U
    所以
    又因为,所以
  • 灯泡铭牌问题
      “铭牌问题”是电功率知识与实际生活相结合的热点问题,做这类题目时,首先要读懂用电器的“铭牌”。
    如图:灯泡上的铭牌。“PZ”是“普通照明灯泡”中 “普”和“照”的汉语拼音的第一个字母,表示灯泡的型号。另外可知:U=220V,P=25W。

    例:甲、乙两灯泡分别标有“220V 40W”和 “110V 40W”字样,将它们串联起来接入220V电路中,比较两灯的亮度,则(  )
    A.甲灯亮B.乙灯亮 C.一样亮D.无法判断

    解析:灯的亮度决定于灯的实际功率,串联时电流相同,根据P=I2R,电阻大的实际功率大,灯更亮一些。根据,R=,所以,甲灯更亮一些。


    公式法计算电功率:

    1.
         这是电功率的定义式,此公式适用于各种用电器和电路。
    2. P=UI
         这是电功率的决定式,即电功率是由用电器两端的电压和通过它的电流之积来决定的。此公式适用于所有电路,它是“伏安法”测小灯泡电功率的理论依据。该公式表明,用电器的实际功率等于实际电压与实际电流的乘积。常常借助于用电器的铭牌用此公式来计算用电器的额定电流,进而计算用电器的电阻;当然这个公式的最大用处还是用来计算各类用电器实际消耗的电功率或电路的总功率。

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