测电笔使用的剖析——兼评2018年江苏省泰州市物理中考试题

梅 莹 戴同兰

南京信息工程大学空间天气研究所(210044) 江苏省泰州市高港区教师发展中心(225323)

1 问题的提出

2018年江苏省泰州市物理中考试题第32题，借助对家庭电路故障的分析，考查学生对测电笔使用的实验操作能力及电路综合分析能力，是一道考查学生利用基本测量工具解决实际问题的题目。

试题：如图1所示为某家庭卫生间电路，电灯和电热器都在正常工作，在三线插座上刚插上洗衣机(开关未闭合)的插头时，所有用电器都停止工作，拔出洗衣机的插头后，用测电笔测试三线插座的左右两孔，氖管都发光，检查发现有一根熔丝熔断了。下列分析不合理的是( )。

图1 试题图示

A．一定是零线上的熔丝熔断了

B．断开S1、S2，再用测电笔检测三线插座的左右两孔，氖管都发光

C．只断开S1，再用测电笔检测开关S1的两个接线柱，氖管都发光

D．只断开S2，再用测电笔检测开关S1的两个接线柱，氖管都发光

要顺利解答本试题，需要对家庭电路的组成、测电笔的结构及使用方法等相关知识有全面的理解才行。

2 家庭电路的组成

2.1 家庭电路的电源

家庭电路的电源是由进户线即火线和零线组成，正常情况下火线和零线之间的电压为220 V，为用电安全考虑，家庭电路中还接有地线，在正常情况下，零线和大地之间的电压为0 V，火线和大地之间的电压为220 V，如图2所示。

图2 家庭电路电源

2.2 家庭电路的电路图(部分)

如图3所示，是家庭电路的(部分)电路图，由图可知，家庭电路主要由进入家庭的进户线(电源线)、电能表、总开关、熔断器、开关、插座及用电器等组成。为了保证每个用电器都能独立工作，各个用电器都是一端接在火线上，另一端接在零线上，即这些用电器都是并联的，这样当一个支路发生断路故障时，其他支路仍能正常工作。

图3 家庭电路的(部分)电路图

3.1 测电笔的结构

测电笔的结构如图4所示，它由笔尖金属电极、一个阻值很大的电阻——高电阻、氖管、弹簧和笔尾金属电极等组成。

图4 测电笔

3.2 测电笔的使用方法

(1)使用测电笔时，手要接触测电笔尾部的笔尾金属电极，如图5所示。如果测电笔接触的是火线或与火线相连的导体，那么电流就会从火线经测电笔、人体与大地构成一个完整的电流回路，这时有微弱电流通过测电笔，因此氖管会发光。如图6所示，如果测电笔接触的是零线因为在正常情况下，零线和大地之间的电压为0 V，那么就没有电流通过测电笔，因此氖管不会发光。

图5 测电笔的使用1

图6 测电笔的使用2

(2)一般来说，当测电笔的笔尖接触电线(或与电线连通的导体)时，氖管发光，表示接触的是火线；氖管不发光，表示接触的是零线。

(3)如图7(a)表示测电笔的正确用法。图7(b)表示不正确的用法，该图中，人体没有哪个部位与笔尾金属电极相连，即使测电笔接触的是火线，此时电流从火线出来，流出到测电笔，无法回到零线或大地构成电流通路，所以氖管不发光，此时无法用测电笔判断火线和零线。所以正确使用测电笔时，人体或者是人体的某个部位必须与笔尾金属电极相连才行。

(a)测电笔的正确用法 (b)测电笔的不正确用法图7 测电笔的使用3

(4)当测电笔的笔尖接触电线时，绝不允许用手或身体的其他部位再去接触笔尖。如果笔尖接触的是火线，则当电流从火线经人体与大地构成一个电流通路，相当于220 V伏的电压直接加在人体上，远大于对人体而言的安全电压(不高于36 V)，从而引起触电事故。如果笔尖接触的是与火线相连的导体，则当电流从火线经导体、人体与大地构成一个电流通路，相当于220 V的电压加在人体和导体上。一般一个额定功率大约是几十瓦的用电器，电阻约为几千欧，正常情况下，人体的电阻大约是2 000 Ω左右，根据串联分压的原理，可以知道，在这种情况下人体分得的电压还是大于安全电压，同样会引起触电事故。

3.3 图例示范测电笔使用的几种情况

图8中，对第①个人而言，人体接触了测电笔的笔尾金属电极：其电流路径为：火线—测电笔—人体—大地，构成了完整的电流通路，所以测电笔的氖管会发光。

图8 图例示范测电笔的使用1

对第②个人而言，人体接触了测电笔的笔尖金属电极，其电流路径为：火线—人体—大地，构成了完整的电流通路，相当于220 V的电压直接加在人体上，所以会引起触电事故，此时测电笔被断路，测电笔的氖管不会发光。这也就是当测电笔的笔尖接触电线时，绝不允许用手或人体的其他部位再去接触笔尖金属电极的原因。

图8中，当开关闭合时，灯泡L正常发光，此时对第③个人而言，人体接触了测电笔的笔尾金属电极，其电流路径为：火线—a—开关S—b—测电笔—人体—大地，构成了完整的电流通路，所以测电笔的氖管会发光。对第④个人而言，人体接触了测电笔的笔尾金属电极：其电流路径为：火线—a—开关S—b—灯泡L—c。到该处时电流分成两条路径：一条是从c—测电笔—人体—大地；另一条是电流直接从c—d—零线，构成了完整的电流通路，由于测电笔中有高电阻，且人体也有电阻，所以从c—测电笔—人体—大地这一条支路被第二条支路短路，相当于是部分短路，没有电流通过测电笔这条支路，所以测电笔的氖管不会发光，人也不会发生触电事故。这种情况，学生有时候不太容易理解。

图9 图例示范测电笔的使用2

图9中，当开关闭合时，灯泡L不发光，用测电笔测试a、b、c、d4点时，测电笔的氖管都会发光，其故障是进户零线发生断路，或者是从d点向左一直到零线某处发生了断路。

此时对第⑤⑥两个人而言，人体都接触到了测电笔的笔尾金属电极。对第⑤个人而言，其电流路径为：火线—a—测电笔—人体—大地，构成了完整的电流通路，所以测电笔的氖管会发光。对b点而言，如果第⑤个人移动到该处，相当于多了一个闭合的开关，所以测电笔的氖管也会发光。对第⑥个人而言，其电流路径为：火线—a—开关S—b—灯泡L—c—测电笔—人体—大地，构成了完整的电流通路，所以测电笔的氖管会发光；对d点而言，如果第⑥个人移动到该处，相当于多了一根导线cd，所以测电笔的氖管也会发光；因此用测电笔测试a、b、c、d4点时，测电笔的氖管都会发光。

4 对2018年泰州市物理中考试题第32题的深度剖析

4.1 命题意图

试题考査学生用测电笔辨认火线与零线、插座连接时要满足“左零右火”这些基本知识点，通过借助考查家庭电路故障的分析，有效的考查了学生对测电笔使用的实验操作能力及综合分析能力。要求学生不仅知道测电笔的使用，还要知道家庭电路的组成及其连接方式。插座连接时要按照“左零右火”的方式，短路和断路的区别等相关知识点，是一道考查学生利用基本测量工具解决实际问题的好题目。

该题能够考查学生用测电笔辨别火线与零线的能力，有利于引导初中物理教师重视实验教学，提高学生实验素养。

4.2 深度剖析

试题考查学生家庭电路故障分析。根据题目中的已知条件：只有一根熔丝熔断，而且三孔插座的左右两孔都能使测电笔的氖管发光，说明两孔都直接或者间接的与火线相连接，即火线是接通的，那么不可能是火线上的熔丝熔断，一定是零线上的熔丝熔断了，故选项A合理。

家庭电路中为了保证每个用电器都能独立工作，各个用电器都是一端接在火线上，另一端接在零线上，即这些用电器是并联的，这样，当一个支路发生断路故障时，其他支路仍能正常工作。该题中各用电器和插座都是并联在电路中，断开S1、S2，再用测电笔检测三线插座的左右两孔，检测右孔时，电流路径是：火线—熔丝—插座—右孔—测电笔—人体—大地，构成了完整的电流通路，所以测电笔的氖管会发光。检测左孔时，由于S1、S2都断开了，电灯和电热器都发生了断路，所以电流从火线经熔丝后，无法回到左孔，所以测电笔的氖管不会发光，故选项B不合理。

只断开S1，再用测电笔检测开关S1的两个接线柱。检测开关S1的上面接线柱时，电流路径是：火线—熔丝—继续向下到开关S1的上面接线柱—测电笔—人体—大地，构成了完整的电流通路，所以测电笔的氖管会发光。检测开关S1的下面接线柱时，电流路径是：火线—熔丝—继续向右到开关S2—电热器—继续向上然后向左再向下到电灯—开关S1的下面接线柱—测电笔—人体—大地，构成了完整的电流通路，所以测电笔的氖管会发光,故选项C合理。

只断开S2，再用测电笔检测开关S1的两个接线柱。检测开关S1的上面接线柱时，电流路径是同上面的C答案的分析一样；检测开关S1的下面接线柱时，电流路径是：火线—熔丝—开关S1的上面接线柱—开关S1的下面接线柱—测电笔—人体—大地，构成了完整的电流通路，所以测电笔的氖管会发光，故选项D合理。所以试题正确答案为B。