初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第2节 家庭电路的基本组成教学设计

这是一份初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第2节 家庭电路的基本组成教学设计，共15页。教案主要包含了想想议议等内容，欢迎下载使用。
年级
九年级
学科
物理
教师
课题
第2节 家庭电路的基本组成
教学
目标
物理观念
认识家庭电路的基本组成以及各部分的功能与作用。
科学思维
通过探讨熔断器、断路器、保护线等装置对电路和人体的保护作用，分析测电笔的工作原理，发展科学推理能力。
科学探究
通过观察铅锑合金丝熔断的实验现象，解释其材料特性，培养基于证据作出解释的能力。
科学态度
与责任
经历家庭电路基本组成的学习过程，提高在生产生活中应用物理知识的认识，强化安全用电的意识。
教材
分析
本节主要包括电流过大的防护、相线和中性线的辨别、保护线与漏电保护器的作用、家庭电路的基本组成四部分内容。教材以电路安全的防护和人身安全的防护为主线，综合考虑安全、合理等各方面因素，介绍家庭电路的基本组成。
本节教学的重点有两个：一是电流过大的防护，二是家庭电路的基本组成。教学中，一是建议教师通过金属丝熔断实验启发学生对熔断器工作原理的思考；二是建议教师引导学生结合日常生活经验，通过列表的方式，从功能和安全等角度对家庭电路的基本组成进行归纳和总结。教学难点也有两个：一是相线和中性线的辨别，二是保护线的作用。教学中、建议教师运用电学知识进行分析，帮助学生了解测电笔和保护线的工作原理。
学情分析
1. 知识储备分析：九年级的学生在之前的学习中已经掌握了一定的电学知识，对电流、电压、电阻等基本概念有了一定的理解，也具备了一定的电路分析和实验操作能力。他们对生活中的物理现象充满好奇心和探索欲望，渴望将所学的物理知识应用到实际生活中。
2. 学习难点分析：对于家庭电路这个与日常生活息息相关的内容，学生虽然有一定的感性认识，但对于其具体的组成、工作原理和连接方式等还缺乏系统的了解。此外，学生在理解家庭电路中一些较为抽象的概念，如火线和零线的区别、测电笔的工作原理等方面可能会存在一定的困难。因此，在教学过程中，教师应充分利用学生已有的知识和生活经验，采用直观教学法，通过实物展示、实
验演示等方式，使学生认识家庭电路的基本组成以及各部分的功能与作用。
教学重点
一是电流过大的防护，二是家庭电路的基本组成。
教学难点
一是相线和中性线的辨别，二是保护线的作用。
教学
器材
家庭电路演示板（含进户线、电能表、总开关、插座含二孔与三孔、插头含二脚与三脚、开关和灯等）、测电笔、空气开关、漏电保护器等。
多媒体ppt，包含视频《家庭电路》。
教学过程
教师活动
学生活动
导入新课
【问题】1. 为了防范用电事故，家庭电路中一般设有哪些保护措施?
2. 相线和中性线是家庭电路的重要组成部分，如何辨别它们?
3. 家庭电路中还有哪些基本组成部分?
思考问题，激发兴趣，进入情景。
学习新课 一、电流过大的防护
1. 保险丝及其作用
（1）演示实验：如图所示，A、B两个接线柱间是一段铅锑合金丝，C、D两个接线柱间是一段铜丝。
观察金属丝的变化
（2）现象：移动滑动变阻器的滑片，当电阻减小时，电流增大，铅锑合金丝会熔断，而铜丝没有熔断。
（3）分析：长度、横截面积相同的铅锑合金丝的电阻比铜丝大得多，熔点比铜丝低得多。当电流过大时，铅锑合金丝由于温度升高而熔断，切断电路，起到保护电路的作用。而铜丝、铁丝等在这种情况下不能起到保护作用。于是人们利用铅锑合金这类材料制成了熔断器中的核心部件（俗称保险丝）。
2. 保险丝的材料：保险丝由电阻率较大、熔点较低的铅锑合金制成。

保险丝在电路中的符号
3. 保险丝在电路中的符号：见上图。
4. 保险丝的规格
①保险丝的规格用额定电流来表示；
②保险丝越粗，额定电流和熔断电流就越大；
③一般情况下，熔断电流是额定电流的2倍。
5. 保险丝的选择：选择保险丝时应使保险丝的额定电流等于或略大于电路中的最大正常工作电流。注意：不能用铜丝或者铁丝代替保险丝。
6. 家庭电路中常见保险丝的安装
保险丝通常串联安装在闸刀开关之后的进户线上。也可以只接在一根火线
上，且与保护的电路串联。
7. 低压断路器
在很多居民楼的供电线路中，目前常采用低压断路器对电流过大的电路进行保护。图所示的是一种常见的低压断路器，又称空气开关。当电路中的电流过大时，空气开关自动断开，切断电路，也就是我们常说的“跳闸”。 在找出电流过大的原因并把问题解决之后，重新接通空气开关就可以了。
【例题1】家庭电路中的保险丝是用铅锑合金制作的，保险丝要求（B）
A．电阻比较大、熔点比较高B．电阻比较大、熔点比较低
C．电阻比较小、熔点比较高D．电阻比较小、熔点比较低
【解析】保险丝通常安装在火线上，它是由电阻大、熔点低的铅锑合金制成的；当电路中有过大电流通过时，保险丝发热自动熔断，切断电路，从而起到保护电路的作用，故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。
观察演示实验，分析归纳出结论，知道保险丝的作用。
知道保险丝的材料、规格；会选择保险丝，会正确安装保险丝。
知道空气开关的作用与保险丝的作用相同，但是使用更方便。
做例题1，知道保险丝的特点。
学习新课 二、相线和中性线的辨别
【过渡】由前面家庭电路中常见触电事故的分析可知，人体接入相线与中性线之间，或人体接入相线与大地之间，都会造成触电事故。
因此，在家庭电路中，知道进户线中哪条是相线、哪条是中性线非常重要。常用的方法是用测电笔来判断。
1. 测电笔的构造与原理
（1）作用：辨别相线和中性线；检查电气设备的外壳是否带电。
（2）测电笔构造：由笔尖金属体、电阻（阻值大）、氖管（充有稀薄的氖气）、弹簧和笔尾金属体依次相连而成。
（3）测电笔原理：正确使用时，若碰到的是相线，电流经笔尖金属体、电阻、氖管，经过人体、大地，流到中性线，与电源构成闭合电路，则氖管发光。如果笔尖接触的是中性线，由于中性线与大地之间的电压为0，测电笔中无电流通过，氖管不发光。
①为什么人手必须接触金属体笔尾？②为什么手触笔尾金属体时氖管会发光，而人不会触电呢？
【分析】人手接触金属体笔尾，这样才会有电流通过测电笔，氖管会发光。测电笔的电路中串联了一个阻值比较大的电阻，大约几兆欧，笔尖接触火线时，220V的电压加在测电笔和人体构成的串联电路上，通过氖管和人体的电流大约（人体电阻取1MΩ=106Ω）：I=U/R=220V/106Ω=0.22mA
这个电流可以使氖管发光，但对人体是没有危害的。
2. 测电笔的使用

（1）使用方法：手拿测电笔，手指按住金属笔卡（或金属笔尾），使笔尖接触被测导线，手指千万不能碰到笔尖金属体。因为笔尖处的电压为220V，已超过了人体的安全电压。
（2）辨别相线与中性线：手拿试电笔，手指按住笔卡（或金属笔尾），使笔尖接触被测导线。如果氖管发光，则接触的是相线；如果氖管不发光，则接触的是中性线。
（3）检查用电器的外壳是否带电：除了判断相线和中性线，测电笔也能判断用电器的金属外壳是否带电。使笔尖接触用电器，当用电器的金属外壳带电时，氖管会发光。
3. 家庭电路中电灯和开关的连接
如图所示，额定电压为220V的电灯要能正常工作且需要开关控制通断，请从安全角度思考：应该如何将电灯和开关接入家庭电路中?

用测电笔辨别出相线后，开关接入电路的方式有两种：
一种是相线先连接开关，再连接电灯后与中性线相接；另一种是相线先连接电灯，再连接开关后与中性线相接。
在维修、安装电灯时，手有可能会碰到灯座的金属部分或接线处，因此从安全角度考虑，控制电灯的开关要连接在相线和电灯之间。这样断开开关后，电灯接线处与相线断开，从而避免触电事故。
【例题2】用测电笔可辨别相线和中性线，使氖管发光的是_______（选填“相线”或“中性线”）。如图所示，闭合开关后，电灯正常发光，用测电笔测试图中的a、b两点，能使氖管发光的点为____（选填“a”或“b”或“a和b”，下同）；电灯工作一段时间后，进户线中性线断路，用测电笔测试图中的a、b两点，能使氖管发光的点为_______。
【答案】相线；b；a和b。
【解析】当测电笔的氖管发光时，说明测电笔的笔尖金属体接触的是相线。若开关闭合后电灯正常发光，用测电笔分别接触a、b两点时，b点与相线接触，能使测电笔发光；a点与零线接触，不能使测电笔发光。
若进户线的中性线发生断路，a、b两点都与相线相连，则这两点都会使氖管发光。
观察测电笔，说出其构造。
思考并回答测电笔的原理。
通过计算，加深对测电笔原理的理解。
会正确使用测电笔。
思考并回答问题。会正确连接开关与电灯。
做例题3，会正确使用测电笔辨别火线与零线；辨别简单的电路故障。
学习新课 三、保护线与漏电保护器的作用
【过渡】正常情况下，洗衣机、电冰箱等用电器的外壳不能带电，如果万一用电器的外壳与电源火线之间的绝缘损坏，则会使外壳带电，人体接触用电器就会发生触电。怎样防止人体触电呢？
1. 三孔插座与三脚插头
（1）三孔插座的接法：左边的插孔接中性线，右边的插孔接相线，中间的插孔接大地，也就是接在保护线（用PE表示，俗称地线）上。
（2）三脚插头：三脚插头的“①”脚是与用电器的金属外壳接通的。②③脚分别接相线与中性线。
（3）三脚插头和三孔插座的作用
插座上相应的导线和室外的大地相连，把三脚插头插入三孔插座时，就把用电器的外壳接入了大地。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，电流就会流入大地，不致对人造成伤害。
想一想：为什么三脚插头中间的①脚比较长（上图所示）？
插插头时可以使用电器外壳先接地，拔插头时可以后离地。
2. 漏电保护器
随着科技的进步，生活用电会越来越安全。比如在新建的楼房里，连接各户的总开关上大多装有漏电保护器。
（1）作用：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入大地。但是，如果人站在地上不小心接触了火线，电流经过人体流入大地，这时总开关上的“漏电保护器”就要起作用了，它会迅速切断电源，对人身起到保护作用。
（2）漏电保护器的原理：如图所示是安装了漏电保护器的家庭电路。当电路处于正常工作状态时，图线路中A点和B点的电流相等，漏电保护器开关处于接通状态。若有人在C点不慎触电，则火线、人体、大地将构成回路，所产生的电流将不通过零线，此时通过线路中A、B两点的电流不相等，漏电保护器会迅速切断电路，从而起到保护作用。

3. 实例分析
图是现在一般标准住宅户内配电系统方框图，想一想：空气开关和漏电保护器在电路中分别起什么作用？这样安装有什么好处？
（1）空气开关的作用：当电路中的电流超过规定大小时，空气开关会自动断开，切断电源，从而保护电路。在支路上安装空气开关，如果本支路用电器电流过大，该支路空气开关就会自动切断电路，并不影响其他支路用电器的工作。
（2）漏电保护器的作用：在三孔插座中安装漏电保护器，当用电器的外壳带电时，漏电保护器就会自动切断电源，防止人体触电事故的发生。
【例题3】如图所示是一个安装在卧室墙上的三孔插座，安装符合安全用电要求，下列说法正确的是（ ）
A．①孔和②孔之间的电压是220V
B．①孔所接的导线通过插头与用电器的金属外壳相连
C．将一根导线的两端金属部分别插入①孔和②孔，会造成短路
D．正确使用测电笔分别测试三个孔，氖管不发光，该孔所接的是零线
【答案】B。
【解析】A．②孔接零线，零线和地线之间的电压为0V，故A错误；
B．为安全用电，三孔插座中多出一个专门用于接地的①孔，故B正确；
C．①孔接地线，将一根导线的两端金属部分别插入①孔和②孔，不会
造成短路，故C错误；
D．正确使用测电笔分别测试三个孔，氖管不发光，该孔所接的是零线和地线，故D错误。故选B。
观察三脚插头和三孔插座，讨论回答它们是怎样把用电器的外壳接地的。

观察漏电保护器，知道漏电保护器的作用，了解其原理。
通过进行实例分析，知道空气开关与漏电保护器在电路中的作用。
做例题3，知道三孔插座的功能与使用。
学习新课 四、家庭电路的基本组成
1. 家庭电路的组成
进户线、电能表、总开关（含保险装置）、插座、用电器等组成。
2. 家庭电路的基本组成及其功能分析
（1）进户线
①功能：包括相线与中性线，提供220V交流电。
②安全因素与设计考量：相线与中性线严格区分，防止误接导致触电；绝缘层完好，避免漏电。
（2）电能表
①功能：计量家庭总用电量，记录用电器消耗的电能。
②安全因素与设计考量：额定电流需匹配家庭用电需求，避免过载损坏。
（3）总开关（含保险装置）
①功能：控制整个家庭电路的通断，保护电路，便于检修。可利用断路器等装置，在电流过大时切断电路。
②安全因素与设计考量：
a. 安装在相线上，断开后全屋无电；
b. 具备过载、短路保护功能；
c. 断路器可复位，减少维护成本。
（4）插座
①功能：为可移动用电器提供电源接口。
②安全因素与设计考量：
a. 三孔插座含保护线，防漏电；b. 儿童安全插座设计，防误触。
（5）用电器
①功能：满足生活需求，各用电器并联接入电路，独立工作。
②安全因素与设计考量：
a. 大功率用电器采用独立分支回路，避免总电流过载；
b. 支路开关独立控制。
（6）用电器开关
①功能：控制灯具等用电器通断。
②安全因素与设计考量：
a. 必须连接在相线和用电器之间，确保断电后灯座不带电；
b. 绝缘外壳，防触电。
（7）保护线
①功能：将漏电电流导入大地，避免人体触电。
②安全因素与设计考量：
a. 保护线需可靠连接；b. 金属外壳的用电器（如微波炉）必须接地。
（8）漏电保护器
①功能：检测相线与中性线电流差异，漏电时迅速切断电路。
②安全因素与设计考量：
a. 与保护线配合使用，双重保护；
b. 每月测试一次，检测其功能是否正常。
（9）配电箱：为了能够更加合理、安全地分配电能以及方便用户维修操作,有的家庭还设有室内配电箱。根据实际用电需求，可将家庭电路规划为若干分支回路，由配电箱将导线引入各个房间内，进行供电。
3. 【想想议议】一种典型的家庭电路配电分支回路的设计方案如图所示。 结合你所掌握的家庭电路知识，你能说一说图中设计了几条分支回路吗?每条分支回路的主要用途有哪些?
【分析】图中的家庭电路分成了三条分支回路。
（1）照明分支回路；在照明分支回路采用了空气开关。
（2）插座分支回路；在插座分支回路加装了漏电保护器。当插座分支回路出现故障而被切断时，照明等其他分支回路不会受到影响。
（3）专用分支回路：考虑到空调功率较大且用电时间较长，将空调插座与其他插座分开，另成一条专用分支回路。
【例题4】请将下列元件的字母标号正确填入图中家庭电路的虚线框内（A为电能表，B为空气开关），同时把灯泡和控制它的开关连入家庭电路。

【解析】家庭电路的连接要按照进户线→电能表→总空气开关及漏电保护开关→用电器的安装顺序，因此左边框内是电能表，右边框内是空气开关。灯泡接法为火线进入开关，再进入灯泡顶端的金属点，零线直接接入灯泡的螺旋套，如右图所示。
【例题5】将图中各元件接入电路，要求：开关只控制电灯；三孔插座带保险丝。
【解析】火线先接开关，再接灯泡顶端的金属点，零线直接接灯泡的螺旋套，这样既能让开关控制灯泡，又能在灯泡损坏，断开开关，切断火线，更换灯泡时更安全。三孔插座的上孔接地线，左孔接零线，右孔接火线，保险丝接在火线上；当有金属外壳的用电器插入三孔插座时，能使金属外壳接地，防止漏电时发生触电事故。如图所示。
说出家庭电路的组成。
知道家庭电路各组成部分的功能；知道各组成部分的设计考量。
思考“想想议议”中的问题，并进行分析。
做例题4与5，会连接家庭电路元件。
课
堂
练
习
课
堂
练
习
1. 长短、粗细均相同的保险丝和铜丝，分别接到线路板上A、B间和C、D间，如图所示。移动滑动变阻器的滑片，发现保险丝熔断而铜丝完好。下列说法错误的是 （ ）
A．保险丝的电阻比铜丝的大
B．通过保险丝的电流比铜丝的大
C．电流通过保险丝产生的热量比铜丝的多
D．为了用电安全，禁止用铜丝代替保险丝
【答案】B
【详解】A．由于保险丝的电阻率大、熔点低，而铜丝的电阻率小、熔点高，故长短、粗细均相同的保险丝和铜丝，保险丝的电阻比铜丝的大，A正确，不符题意；
B．由图知，保险丝和铜丝串联，串联电路电流处处相等，故B错误，符合题意；
C．由Q=I2Rt 知道，电流相同、通电时间相同，电阻大的产生的热量多，所以，电流通过保险丝产生的热量比铜丝的多，故C正确，不符题意；
D．若换用铜线作保险丝，由于铜丝的熔点高，当电路中电流过大时不会熔断，无法保护电路，所以，为了用电安全，禁止用铜丝代替保险丝，故D正确，不符合题意。
故选B。
2. 如图是小虎家中电路的一部分，下列说法中正确的是（ ）
A．电冰箱接入三孔插座后，其外壳与大地相连
B．断开开关时，站在地上的人接触A点或B点都不会触电
C．可以用漏电保护器来代替保险丝
D．为了用电安全，应在乙处安装开关，甲处安装电灯
【答案】 A
【详解】A．电冰箱接入三孔插座能使电冰箱金属外壳接地，防止由于冰箱的外壳漏电而使人发生触电事故，故A正确；
B．断开开关时，站在地上的人接触A点，接触火线会触电，故B错误；
C．保险丝是防止线路短路或超负荷用的，而漏电保护器只有漏电时会跳闸，所以漏电保护器和保险丝作用不相同，在电路中要同时安装，故C错误；
D．若在图中甲、乙两处分别装上电灯或开关，开关与火线连接，故甲处应装开关，乙处应装电灯，故D错误。故选A。
3．下表是某教室的所有用电器，若有额定电流为6A、8A、12A的保险丝供你选择，你应该选择哪种规格？
用电器
功率
电灯
40W
电风扇
80W
饮水机
500W
投影仪
1000W
【答案】8A。
【详解】用电器总功率： P=P1+P2+P3+P4=40W+80W+500W+1000W=1620W
干路最大电流：
I最大=P总U=1620W220V=7.4A
所以应选用额定电流是8A的保险丝。
4．如图甲是插线板，插线板上的开关闭合时插孔能提供工作电压。请根据上述要求及安全用电原则，连接图乙的电路。
【答案】见下图。
【详解】开关要在火线与被控制的插座之间，三孔插座要求是左孔接零线、右孔接火线、中间孔接地线，故插座的左接线柱与零线相连接。如图所示。
5．科学与生活密切相关，学好科学可以帮助我们解决生产、生活中的问题。
（1）家庭电路中，灯泡和控制此灯泡的开关之间是_____联的；洗衣机工作时，金属外壳要接_____。
（2）如图甲所示，是小明家书房的一个两孔插座，他用测电笔测试插座的A孔，氖管发光，当把乙图的台灯接入电路时，将插头的____（选填 “C”或“D”）插脚插入A孔更安全。
【答案】 （1）串；地线；（2）D.
【详解】（1）在家庭电路中，开关与灯泡串联的时候才能控制灯泡所在电路的通断，所以控制灯泡的开关应与灯泡串联。
洗衣机的金属外壳与地线相连，防止万一漏电时人接触金属外壳发生触电事故。
（2）由题意知，用试电笔测试插座的A孔，氖管发光，说明A孔和火线相通，而开关应与照明电路的火线相连，当断开开关时人接触灯不会发生危险，所以应将插头D插脚插入A孔更安全。
6. 电热水壶是利用电流的______效应工作的。小明家要购买一只电热水壶，他发现某商场有容积相同、额定电压均为220V、额定功率分别为800W和1800W的两种电热水壶。家中给电热水壶供电插座的额定电流是5A，从安全用电的角度考虑，小明应选购_____W的电热水壶。如图电热水壶的插头中插脚①较长，将插头插入插座时，可确保电热水壶的金属外壳先接触_____线，避免触电事故。插头外壳是用橡胶做的，是因为橡胶是_____体。
【答案】热；800；地；绝缘。
【详解】电流通过导体时电能转化为内能，这种现象叫电流的热效应。电热水壶是利用电流的热效应工作的。
容积相同、额定电压均为220V、额定功率分别为800W和1800W的两种电热水壶。家中给电热水壶供电插座的额定电流是5A，根据P=UI，功率分别为800W和1800W的两种电热水壶正常工作时的电流分别为
I1=P1/U1 =800W /220V≈3.64A I2=P2/U2 =1800W /220V≈8.18A
因家中给电热水壶供电插座的额定电流是5A，从安全用电的角度考虑，小明应选购800W的电热水壶。
电热水壶较长的插脚与电热水壶金属外壳相连，插座上①相应的导线与室外的大地相连，因电热水壶的插头中插脚①较长，将插头插入插座时，可确保电热水壶的金属外壳先接触地线，避免触电事故。
生活中的胶木、橡胶、塑料、玻璃、陶瓷、纯净的水都是绝缘体，插头外壳是用橡胶做的，是因为橡胶是绝缘体。
板
书
设
计
第2节 家庭电路的基本组成
一、保险丝
1．作用：当电流大于保险丝的额定电流时，保险丝会熔断，切断电路。
2. 空气开关：当电路中电流过大时，自动断开，切断电路。
二、测电笔
1. 构造：笔尖金属体、电阻、氖管、弹簧和笔尾金属体等。
2. 使用：使用时，手指按住金属笔卡，用笔尖接触被测的导线，如果氖管发光，则接触的是相线；如果氖管不发光，则接触的是中性线。
三、保护线和漏电保护器
1. 三线插头：上脚接用电器的外壳。
2. 三孔插座接法：左中右相上接地。
3. 漏电保护器：漏电或人触电时，会自动切断电源。
四、家庭电路的基本组成
进户线、电能表、总开关（含保险装置）、插座、用电器等组成。
课
堂
小
结
第2节 家庭电路的基本组成
作
业
教学反思