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4.如果人或牲畜站在距离电线落地点8~10m以内或雷雨天的大树附近就可能发生触电事故,这种触电叫作跨步电压触电.人受到较高的跨步电压作用时,双脚会抽筋而使身体倒地.经验证明,人倒地后电流在体内持续作用2s就会致命.当人发觉跨步电压威胁时,应赶快把双脚并在一起,或尽快用一条腿跳着离开危险区.
跨步电压示意图如图所示,人受到跨步电压时,电流是沿着人的下身,从脚经腿、胯部又到脚与大地形成通路.若站在湿地上某人两脚间的距离为0.5m,一只脚的电阻是300Ω,躯干(不包括脚)内部电阻为1000Ω,设每米湿地的电阻为100Ω.
(1)若通过人体躯干的电流为0.1A时,则跨步电压、通过人体和湿地的总电流各为多大?
(2)若人两脚之间的距离增大为1.0m过程中通过人体和湿地的总电流不变,则跨步电压和人体的电功率各为多少?如果通过躯干的电流达到0.1A至1.0A时就能使心脏纤维性颤动而对人体产生伤害甚至导致死亡,那么以上两种情况对人体有危险吗?

分析 根据人体的电阻求出跨步电压,结合湿地电阻以及通过湿地的电流求出总电流.
根据湿地电阻的变化,求出并联电阻的大小,从而得出跨步电压,根据功率的公式求出通过人体产生的电功率,结合电流的大小判断是否有危险.

解答 解:(1)人体的电阻R1=2×300+1000Ω=1600Ω,
通过人体躯干的电流为0.1A,则跨步电压U=I1R1=0.1×1600V=160V.
湿地电阻R2=100×0.5Ω=50Ω,
则通过湿地的电流${I}_{2}=\frac{U}{{R}_{2}}=\frac{160}{50}A=3.2A$,
总电流I=I1+I2=0.1+3.2A=3.3A.
(2)人两脚之间的距离为1.0m,则湿地电阻R2′=100×1Ω=100Ω,
则总电阻$R=\frac{{R}_{1}{R}_{2}′}{{R}_{1}+{R}_{2}′}=\frac{1600×100}{1600+100}≈94Ω$,
则跨步电压U′=IR=3.3×94V=310.2V.
通过人体的总功率${P}_{1}=\frac{U{′}^{2}}{{R}_{1}}=\frac{310.{2}^{2}}{1600}W≈60W$.
通过躯干的电流$I′=\frac{U′}{{R}_{1}}=\frac{310.2}{1600}≈0.2A$,可知对人体有危险.
答:(1)跨步电压、通过人体和湿地的总电流各为160V、3.3A.
(2)跨步电压和通过人体产生的电功率各为310.2V、60W,有危险.

点评 本题主要考查了串并联电路的特点及欧姆定律的应用,关键是能正确分析电路的结构,难度适中.

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