(决胜中考)中考物理 分类解读与强化训练 专题九 电路安全问题(含解析) 新人教版.doc
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1、1专题九专题九 电路安全问题电路安全问题中学物理电学内容中还涉及到电路安全问题,如用电器的额定值问题、元件接入电路安全问题、安全用电问题。中考中,电路安全问题占有一定比例,出现频率较高。电路安全试题主要以选择题、填空题出现。电路安全考题多以选择题形式出现,尤其是多选题,具有一定难度。解答时需要照顾到电路中各个元件都要在额定值范围内工作。在分析问题时常常会因为需要考虑的因素过多而出现选择题漏选的问题,导致答案不准确。一、电路安全的含义1.测量仪表安全问题:电压表、电流表在使用中,被测值不能超过仪表的量程。2.滑动变阻器:通过滑动变阻器的电流不能超过其允许通过的最大电流。3.额定值:所有用电器工作
2、时,其电压和通过的电流不能超过其额定值。二、解题思路1.串联电路中,取单个元件的正常电流的电流最小值作为电路最大电流。2.并联电路中,取单个元件的正常电压的电压最小值作为电路最大电压。一、欧姆定律1.欧姆定律:导体中的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比。22.公式:RUI ,其中:U为电源电压,I 为通过导体的电流R为导体的电阻。注意:应用欧姆定律的公式进行计算时,一定要统一到国际制单位后再进行计算。欧姆定律公式中的各个物理量具有同一性,即I,U,R是对同一段导体、同一时刻而言的。二、电气设备额定值1.额定电压:用电器正常工作时所需的电压,叫做额定电压。如果实际电压比额定电压高很多
3、,很可能损坏用电器;如果实际电压比额定电压低很多,用电器就不能正常工作,有时还会损坏用电器。2 额定电流:用电器在额定电压下流过的电流叫额定电流。例如,若灯泡标有“3.8V 0.3A”字样,“3.8V”是该小灯泡的额定电压,“0.3A”是该小灯泡的额定电流。一般每个用电器都标有额定电压和额定电流值。对用电器造成损坏的原因往往是电流过大,实际电流大于额定电流时,易损坏用电器,实际电流小于额定电流时,用电器不能正常工作,有时易损坏用电器。三、安全用电1.触电:触电的起因是人体直接或间接与火线连通。触电危险的真正原因是有较大的电流通过人体。因为人体是导体,当人体触及带电体时,有电流通过人体,电流对人
4、体的危险性跟电流大小、通电时间长短等因素有关,通过人体的电流为 8-10mA,人手就很难摆脱带电体,通过人体的电流达到 100mA,只要很短时间,就会使人窒息,心跳停止,即发生触电事故时,电流越大,从触电到死亡的时间越短。(1)人体触电或引发火灾,都是由于电路中的电流过大造成的,从欧姆定律RUI 来考虑: 电压越高越危险; 防止电阻过小(如:湿手不能触摸开关和用电器,避免短路等)。(2)加在人体上但不会对人体造成危害的电压称为安全电压(36V)。我国家庭电路电压为 220V,动力电路电压为 380V,高压输电线路电压可达 105V。32.家庭电路中电流过大的原因: 电路发生短路; 接入电路中的
5、总功率过大。这两个原因都可以使保险丝熔断。此外,如果保险丝太细(额定电流过小),也容易烧坏。3.安全用电常识(1)电压越高越危险:由欧姆定律RUI 可知,人体的电阻R一定,加在人体身上的电压越大,通过人体的电流就越大。电流大到一定程度,人就会发生危险。所以电压越高越危险。(2)高压触电的两种方式:高压电弧触电、跨步电压触电。(3)安全用电的原则:不接触低压(小于 1000V)带电体,不靠近高压(大于1000V)带电体。一、电气设备额定值【典例 1】(2018娄底)现有“220V100W”的电灯泡一只,将它接在电压为“110V”的电路中,实际功率为_W,消耗 1kWh 的电能可供它连续工作_h。
6、【解析】家庭电路的电压和灯泡的额定电压相等,灯泡正常发光,根据 PUI 求出通过该灯泡的电流;根据 PUI求出灯泡的电阻,再根据 PUI求出接在电压为“110V”的电路中时的实际功率,根据 P求出 1kWh 的电能可供灯泡发光的时间。由 PUI 可得,灯泡正常发光时通过的电流:I0.45A;由 PUI可得,灯泡的电阻:R484,若将它接在电压为“110V”的电路中时,灯泡的实际功率:P实25W0.025kW,4由 P可得,1kWh 的电能可供灯泡发光的时间:t40h.【答案】 (1)25;(2)40。二、元件接入安全问题【典例 2】(2018河南)在图所示的电路中,电阻R1=10,R2=20,
7、电源电压保持不变。当开关 S1、S3断开,S2闭合时,电流表的示数为 0.2A。当开关 S1、S3闭合,S2断开时,电流表的示数为 A,R2的电功率为 W。为了保障电路安全, 两个开关不能同时闭合。【解析】本题考查串并联电路的判断及规律。当开关 S1、S3断开,S2闭合时,R1、R2串联,根据欧姆定律 U=IR 得,电源电压是 U=I(R1+R2)=6V。当开关 S1、S3闭合,S2断开时,两电阻并联,电流表测通过干路的电流,I1=U/R1=6V/10=0.6A ,I2=U/R2=6V/20=0.3A,此时电流表的示数为 0.6A+0.3A=0.9A;R2的电功率P=U12=6V0.3A=1.
8、8W;当开关 S1、S2同时闭合时,电路出现短路,所以它们不能同时闭合。答案:0.9;1.8W;S1、S2。三、安全用电问题【典例 3】(2018泰安)下列做法符合安全用电原则的是( )。A家用保险丝熔断后,可用铁丝或铜丝代替;B雷雨天气可以站在大树下避雨;C选用插座时,所有家用电器都使用两孔插座;5D搬动电器前应断开电源开关【解析】当家庭电路中发生短路或总功率过大时,会使导线发热而引发事故,故要有能自动切断电路的装置,这就是要安装保险丝的原因,保险丝在电流过大时发热自动熔断,切断电路,从而起到保护电路的作用;发生雷雨时,雷电可以沿着高大的树木、建筑物进入地下;三孔插座中多出一个专门用于接地的
9、孔,目的是为了让金属外壳与大地相连,因此接入电冰箱、洗衣机、电暖器等家用电器都要使用三孔插座;安全用电的原则之一是不接触低压带电体。【解答】A、铜丝或铁丝的电阻小、熔点高,在电流过大时,产生的热量不容易达到熔点,因此不会熔断,起不到保险的作用。此选项不符合安全用电要求;B、雷雨天,雷电容易接触高的物体,雷雨天在大树下避雨容易发生触电,所以应避免在大树下避雨。此选项不符合安全用电要求;C、家用电器的金属外壳接地时,可避免因电器漏电时外壳带电,三孔插座中多出的一个孔是用来接地线的。所以有金属外壳的家用电器应该连接三孔插座。此选项不符合安全用电要求;D、搬动电器、更换灯泡时容易碰到金属部分,切断电源
10、可以保证金属部分不带电。此选项符合安全用电要求。故选 D。一、电气设备额定值1.(2018武汉)某同学利用图甲所示的器材测量小灯泡的电功率。实验中电源电压保持不变,滑动变阻器的规格为“100、0.5A”,小灯泡的额定电压为 2.5V。6(1)如图甲所示,电路中还有两根导线没有连接,请你将电路连接完整。(要求:导线不允许交叉)(2)该同学连接好电路后,按正确的步骤进行实验。小灯泡正常发光时,电流表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定电流是 A,额定功率是 W。(3)该同学继续进行实验,记录部分数据如下表所示,其中有一组数据明显存在错误,这组数据是 (填数据序号)。剔除掉这组错误的数据,我们分析后可以
11、得出实验中电源电压不会超过 V。数据序号1234U/V2.11.30.13.0I/A0.260.110.050.30【解析】(1)灯的额定电压为 2.5V 确定电压表选用小量程与灯并联,由表中数据,电流表选用小量程与灯串联;(2)根据电流表选用小量程分度值读数,根据 P=UI 求小灯泡额定功率;(3)灯的电阻随温度的增大而增大;由欧姆定律 I=,由表中数据分别求出 4 次实验的电阻大小分别找出不符合这个规律的实验;根据滑动变阻器的规格为“100 0.5A 的含义,灯与变阻器串联,变阻器连入电路中的电阻越大,总电阻越大,由欧姆定律,电路中的电流越小,根据第 3 次数据,由欧姆定律和串联电路电压的
12、规律求出电源电压的范围。【解答】(1)灯的额定电压为 2.5V,故电压表选用小量程与灯并联,由表中数据,电流表选用小量程与灯串联,如下:7(2)该同学连接好电路后,按正确的步骤进行实验。小灯泡正常发光时,电流表的示数如图乙所示,电流表选用小量程,分度值为 0.02A,则小灯泡的额定电流是 0.28A,额定功率是:P=UI=2.5V0.28A=0.7W;(3)通过灯的电流随电压的增大而变大,根据 P=UI,灯的功率变大,灯丝的温度升高,灯丝的电阻变大,即灯的电阻随电压的增大而增大;由欧姆定律 I=,故 R=,由表中数据知,4 次实验的电阻大小分别为:R1=8.08、R2=11.82、R3=2.0
13、0、R4=10.00,而表中灯的电压大小关系时:U4U1U2U3,第 2 次灯的电阻却为最大,不符合这个规律,故数据是 2;滑动变阻器的规格为“100、0.5A”,表示变阻器的最大电阻为 100,允许通过的最大电流为 0.5A,灯与变阻器串联,变阻器连入电路中的电阻越大,总电阻越大,由欧姆定律,电路中的电流越小,在第 3 次实验变阻器连入电路中的电阻最大,由欧姆定律,变阻器的电压小于:U3 滑=I3R滑=0.05A100=5V,由串联电路电压的规律,电源电压:U总U3 滑+U3=5V+0.1V=5.1V。故答案为:(1)如上;(2)0.28;0.7;(3)2;5.1。2.(2018孝感)为测量
14、小灯泡的电功率,某实验小组选用了如图所示的电路图进行实验,其中小灯泡上标有“的字样 灯丝的电阻随温度的升高而变大 ,电源的电压恒为,则( )。8A. 当小灯泡正常发光时,电路中的电流为;B. 当小灯泡正常发光时,滑动变阻器与小灯泡两端的电压之比为 4:5;C. 当小灯泡正常发光时,10min 内电路消耗的总电能为 300J;D. 当小灯泡两端的实际电压为额定电压的一半时,其实际功率大于【解析】A. 根据的变形式计算,当小灯泡正常发光时,电路中的电流为:,故 A 正确;B. 根据串联电路的分压特点,当小灯泡正常发光时,滑动变阻器两端的电压为:,所以滑动变阻器与小灯泡两端的电压之比为:,故 B 正
15、确;C. 当小灯泡正常发光时,10min 内电路消耗的总电能为:,故 C 错误;D. 当小灯泡两端的实际电压为额定电压的一半时,按灯丝电阻不变计算实际功率为:;在实际当中,当实际功率变小时,灯丝温度降低,灯丝的电阻变小,所以电压减小一半时,其实际功率会大于,故 D 正确;故选 ABD。93.(2018岳阳)如图,电源电压恒为 4.5V,电流表的量程为“00.6A”,电压表的量程为“03V”,灯泡上标有“2.5V、1.25W”(不考虑灯丝电阻变化),滑动变阻器 R 的规格为“20、1A”。闭合开关,在保证电路安全的情况下,移动滑片 P 的过程中( )。A电流表的示数最大为 0.6A;B灯泡消耗的
16、最小功率为 0.12W;C电路消耗的最大电功率为 2.7W;D滑动变阻器接入电路的最小电阻为 4。【考点】电压、电流和电阻。【解析】当小灯泡正常发光的功率为 1.25W 时,通过灯泡的最大电流额额P1. 25W 额U2. 5VI0. 5A,电路消耗的最大总功率 P总=U总I总=4.5V0.5A=2.25W。灯泡的电阻灯灯U2. 5V 灯I0. 5AR5。电路中最小电阻总最大U4. 5V 总I0. 5AR9;灯泡与变阻器串联,变阻器接入电路的最小电阻 R变=R总R灯=9-5=4。变阻器接入电路最大电阻为 20,电路中最大电阻为 R 总=R 灯+R 变=5+20=25,电路中最小电流总最大U4.
17、5V 小R25I0. 18A;灯泡消耗的最小电功率 P灯小=I小2R灯=(0.18A)25=0.162W。A电流表的示数最大为 0.6A,错误;B灯泡消耗的最小功率为 0.12W,错误,10C电路消耗的最大电功率为 2.7W,错误;D滑动变阻器接入电路的最小电阻为 4,正确。故选 D。4.(2018泰安)如图所示,电源电压保持 6V 不变,电流表量程为 00.6A,电压表量程为 03V,定值电阻 R1的规格为“10、0.5A”,滑动变阻器 R2的规格为“20、1A”。闭合开关,为了保证电路安全,在变阻器滑片移动过程中,下列说法正确的是( )。电阻 R1消耗电功率允许的变化范围为 0.4W0.9
18、W;电流表示数允许的变化范围为 0.2A0.5A;滑动变阻器 R2允许接入电路阻值的变化范围为 1020;电路消耗总电功率允许的变化范围为 1.8W3WA只有和B只有和C只有和D只有和【解析】由图知,定值电阻和滑动变阻器串联,电流表测量电路电流,电压表测量定值电阻两端电压。已知电流表选择的量程和定值电阻规格,可以确定电路最大电流;已知电压表选择的量程,可以确定定值电阻两端最大电压;电路电流最大时,定值电阻消耗的功率最大;电路电流最小总电阻最大时,消耗的功率最小。据此确定定值电阻消耗功率的变化范围及电路电流变化范围;电路电流最大时,滑动变阻器接入电路电阻最小;电流最小时,滑动变阻器接入电路电阻最
19、大。据此确定滑动变阻器接入电路电阻范围;已知电源电压和电路最大、最小电流,利用公式 P=UI 确定电路消耗的总功率的变化范围。11【解答】、电压表示数为 3V 时,电路电流为 I1=0.3A;而电流表选择的是 00.6A 量程,所以电路最大电流为 I=0.3A。此时 R1消耗的功率为 P1 最大=U1I1=3V0.3A=0.9W;当滑动变阻器全部串联在电路中时,R=R1+R2=10+20=30,此时电路电流为 I=0.2A,此时 R1消耗的功率为 P1 最小=I2R1=(0.2A)210=0.4W。所以阻 R1消耗功率允许的变化范围为 0.4W0.9W选项正确;、由上知,电流表示数允许的变化范
20、围为 0.2A0.3A选项错误;、当电路电流最大为 I=0.3A 时,电路总电阻为 R最小=20,所以滑动变阻器接入电路电阻为 R2 最小=RR1=2010=10。所以 R2接入电路的阻值允许变化范围为 1020选项正确;、整个电路消耗的最小功率为 P总小=UI最小=6V0.2A=1.2W;最大功率为 P总大=UI最大=6V0.3A=1.8W。所以电路消耗总功率允许的变化范围为 1.2W1.8W选项错误。故选 A。5.(2018成都)如图所示,电热水壶上标有“220V 1800W”,小明发现烧水过程中热水壶的发热体部分很快变热,但连接的电线却不怎么热,是因为导线的电阻比发热体的电阻 。在额定电
21、压下,烧开一壶水用时 3min20s,这段时间内电热水壶发热体产生的热量为 J。12【解析】热水壶的发热体与电线串联,通过它们的电流及时间相等,但热水壶的发热体的电阻比电线的电阻大得多,由焦耳定律 Q=I2Rt 可知,热水壶的发热体比电线产生的热量就多得多,所以电热丝很热,但与之相连的电线却不怎么热;在额定电压下,烧开一壶水用时 3min20s,这段时间内电热水壶发热体产生的热量:Q=Pt=1800W(360s+20s)=3.6104J。故答案为:小;3.6104。6(2018达州)两个标有“5、1A“和“10、0.6A”的定值电阻,将它们串联起来使用时等效电阻为 ,电源电压最多为 V;若将它
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