18. 如图所示的家庭电路出现短路故障时，干路上的熔丝会熔断。为找出哪一条支路发生了短路，可先断开总开关和所有支路开关，在熔丝处并联一个额定电压为$220V$的灯泡$L$作为“检验灯”，然后闭合总开关。接下来应如何操作？应根据什么现象作出判断？
答案：操作：逐个闭合各支路开关。判断现象：若闭合某支路开关时，检验灯L正常发光，则该支路发生短路；若闭合某支路开关时，检验灯L发光较暗，则该支路正常。
解析：
【分析】
要找出短路的支路，需利用检验灯的发光情况判断电路状态：当支路正常时，检验灯与支路用电器串联，根据串联分压，检验灯两端电压小于额定电压，发光较暗；当支路短路时，检验灯直接接在电源两端，两端电压等于额定电压，正常发光。因此接下来应逐个闭合支路开关，通过检验灯的发光状态判断故障支路。
【解析】
1. 操作：在接好检验灯L并闭合总开关后，逐个闭合各支路开关。
2. 判断原理：
若闭合某支路开关时，检验灯L正常发光，说明该支路发生短路。此时该支路相当于导线，检验灯直接与电源两极相连，两端电压为220V（额定电压），正常发光。
若闭合某支路开关时，检验灯L发光较暗，说明该支路正常。此时检验灯与支路用电器串联，根据串联电路分压特点，检验灯两端电压小于220V，实际功率小于额定功率，因此发光较暗。
【答案】
操作：逐个闭合各支路开关。判断现象：若闭合某支路开关时，检验灯L正常发光，则该支路发生短路；若闭合某支路开关时，检验灯L发光较暗，则该支路正常。
【知识点】
家庭电路故障判断、串联分压原理
【点评】
本题考查家庭电路短路故障的排查，需结合串联电路的电压特点分析检验灯的发光情况，要求学生理解不同电路状态下的电路连接方式，提升学生分析和解决家庭电路实际问题的能力。
【难度系数】
0.6
要找出短路的支路，需利用检验灯的发光情况判断电路状态：当支路正常时，检验灯与支路用电器串联，根据串联分压，检验灯两端电压小于额定电压，发光较暗；当支路短路时，检验灯直接接在电源两端，两端电压等于额定电压，正常发光。因此接下来应逐个闭合支路开关，通过检验灯的发光状态判断故障支路。
【解析】
1. 操作：在接好检验灯L并闭合总开关后，逐个闭合各支路开关。
2. 判断原理：
若闭合某支路开关时，检验灯L正常发光，说明该支路发生短路。此时该支路相当于导线，检验灯直接与电源两极相连，两端电压为220V（额定电压），正常发光。
若闭合某支路开关时，检验灯L发光较暗，说明该支路正常。此时检验灯与支路用电器串联，根据串联电路分压特点，检验灯两端电压小于220V，实际功率小于额定功率，因此发光较暗。
【答案】
操作：逐个闭合各支路开关。判断现象：若闭合某支路开关时，检验灯L正常发光，则该支路发生短路；若闭合某支路开关时，检验灯L发光较暗，则该支路正常。
【知识点】
家庭电路故障判断、串联分压原理
【点评】
本题考查家庭电路短路故障的排查，需结合串联电路的电压特点分析检验灯的发光情况，要求学生理解不同电路状态下的电路连接方式，提升学生分析和解决家庭电路实际问题的能力。
【难度系数】
0.6
19. 炎热的夏天到了，小明的父亲想给家里添置$1$台$2000W$的空调。小明从安全用电方面考虑，对家中的用电情况进行调查，记录信息如下表所示（其中，熔丝的熔断电流为$15A$，电能表上标有“$220V\ \ 15A$”字样）。
|用电器|照明灯|电视机|洗衣机|电冰箱|电饭锅|
|--|--|--|--|--|--|
|额定功率|$40W$|$100W$|$1800W$|$100W$|$750W$|
|数量|$8$盏|$1$台|$1$台|$1$台|$1$个|
(1)通过计算分析在原有电路上再安装这样$1$台空调是否安全。
(2)为了再安装$1$台空调，请你从安全用电的角度考虑，帮助小军想出解决办法。（写出两条即可）
|用电器|照明灯|电视机|洗衣机|电冰箱|电饭锅|
|--|--|--|--|--|--|
|额定功率|$40W$|$100W$|$1800W$|$100W$|$750W$|
|数量|$8$盏|$1$台|$1$台|$1$台|$1$个|
(1)通过计算分析在原有电路上再安装这样$1$台空调是否安全。
(2)为了再安装$1$台空调，请你从安全用电的角度考虑，帮助小军想出解决办法。（写出两条即可）
答案：解：(1) 原有用电器总功率：
$ P_{ 原} = 40\, W × 8 + 100\, W + 1800\, W + 100\, W + 750\, W = 3070\, W $
添加空调后总功率：
$ P_{ 总} = 3070\, W + 2000\, W = 5070\, W $
电能表允许最大功率：
$ P_{ max} = UI = 220\, V × 15\, A = 3300\, W $
因 5070\, W ＞ 3300\, W ，故不安全。
(2) ①更换额定电流更大的熔丝和电能表（如20A）；
②为空调单独布线并安装独立熔丝。
解析：
【分析】
要判断添加空调后电路是否安全，需先计算原有用电器的总功率，加上空调功率得到新增后的总功率，再根据电能表参数算出电路允许的最大总功率，通过比较两者大小判断安全性。解决问题可从提升电路允许的最大功率或为空调单独供电这两个方向思考。
【解析】
(1) ①计算原有用电器总功率：
$ P_{ 原} = 40\, W × 8 + 100\, W + 1800\, W + 100\, W + 750\, W = 3070\, W $
②计算添加空调后的总功率：
$ P_{ 总} = 3070\, W + 2000\, W = 5070\, W $
③计算电能表允许的最大功率：
根据公式$P=UI$，已知电能表参数为“$220V\ \ 15A$”，则
$ P_{ max} = UI = 220\, V × 15\, A = 3300\, W $
④比较总功率与允许的最大功率：
因为$5070\, W ＞ 3300\, W$，说明添加空调后总功率超过电路允许的最大功率，所以在原有电路上再安装这台空调不安全。
(2) 解决办法：
①更换额定电流更大的熔丝和电能表（如20A规格）；
②为空调单独布线并安装独立熔丝。
【答案】
(1) 经计算，添加空调后总功率为5070W，大于电能表允许的最大功率3300W，因此在原有电路上再安装该空调不安全；
(2) ①更换额定电流更大的熔丝和电能表（如20A）；②为空调单独布线并安装独立熔丝。
【知识点】
1. 电功率计算
2. 安全用电原则
3. 电能表参数应用
【点评】
本题结合生活实际，考查电功率计算与安全用电知识，要求学生掌握总功率计算方法，理解电能表参数意义，能结合实际提出合理的安全用电方案，体现物理知识的生活实用性。
【难度系数】
0.6
要判断添加空调后电路是否安全，需先计算原有用电器的总功率，加上空调功率得到新增后的总功率，再根据电能表参数算出电路允许的最大总功率，通过比较两者大小判断安全性。解决问题可从提升电路允许的最大功率或为空调单独供电这两个方向思考。
【解析】
(1) ①计算原有用电器总功率：
$ P_{ 原} = 40\, W × 8 + 100\, W + 1800\, W + 100\, W + 750\, W = 3070\, W $
②计算添加空调后的总功率：
$ P_{ 总} = 3070\, W + 2000\, W = 5070\, W $
③计算电能表允许的最大功率：
根据公式$P=UI$，已知电能表参数为“$220V\ \ 15A$”，则
$ P_{ max} = UI = 220\, V × 15\, A = 3300\, W $
④比较总功率与允许的最大功率：
因为$5070\, W ＞ 3300\, W$，说明添加空调后总功率超过电路允许的最大功率，所以在原有电路上再安装这台空调不安全。
(2) 解决办法：
①更换额定电流更大的熔丝和电能表（如20A规格）；
②为空调单独布线并安装独立熔丝。
【答案】
(1) 经计算，添加空调后总功率为5070W，大于电能表允许的最大功率3300W，因此在原有电路上再安装该空调不安全；
(2) ①更换额定电流更大的熔丝和电能表（如20A）；②为空调单独布线并安装独立熔丝。
【知识点】
1. 电功率计算
2. 安全用电原则
3. 电能表参数应用
【点评】
本题结合生活实际，考查电功率计算与安全用电知识，要求学生掌握总功率计算方法，理解电能表参数意义，能结合实际提出合理的安全用电方案，体现物理知识的生活实用性。
【难度系数】
0.6