《物理电流和电路思维导图》

I. 电流

• A. 定义

  • 1. 电荷的定向移动
  • 2. 形成条件:
       • a. 存在自由电荷
       • b. 电路中有电源，产生电压(或电场)
  • 3. 公式：
       • a. I = Q/t (Q 为电荷量，t 为时间)
       • b. 微观公式: I = nqvS (n 是单位体积内的电荷数，q 是电荷电量，v 是电荷的平均速度，S 是导体的横截面积)

• B. 方向

  • 1. 规定: 正电荷定向移动的方向为电流方向
  • 2. 金属导体: 自由电子定向移动，方向与电流方向相反
  • 3. 电解液: 正负离子定向移动，电流方向与正离子移动方向相同，与负离子移动方向相反。

• C. 测量

  • 1. 工具: 安培表
       • a. 使用方法: 串联在电路中
       • b. 量程选择: 估计被测电流大小，选择合适量程
       • c. 连接方法: 电流从"+"接线柱流入，从"-"接线柱流出
       • d. 注意事项: 绝对不允许不经过用电器直接连接在电源两端（短路）
  • 2. 数字万用表
       • a. 可测量电流、电压、电阻等
       • b. 使用方法: 需根据测量对象选择合适的档位和量程

• D. 电流的效应

  • 1. 热效应: 所有通电导体都会发热
       • a. 焦耳定律: Q = I²Rt (Q 为热量，I 为电流，R 为电阻，t 为时间)
       • b. 应用: 电炉、电饭锅、白炽灯等
  • 2. 磁效应: 通电导体周围存在磁场
       • a. 奥斯特实验证明电流的磁效应
       • b. 应用: 电磁铁、电动机、扬声器等
  • 3. 化学效应: 电解液通电时发生化学反应
       • a. 应用: 电解、电镀、电冶炼等
  • 4. 光效应: 某些材料通电时发光 (如LED)

II. 电路

• A. 定义

  • 1. 用电器、电源、导线、开关组成的电流通路

• B. 组成

  • 1. 电源: 提供电压，是电路中产生电流的装置
  • 2. 用电器: 利用电能工作，实现能量转换
  • 3. 导线: 连接电路各部分，传输电能
  • 4. 开关: 控制电路的通断

• C. 状态

  • 1. 通路 (闭合电路): 电路接通，用电器正常工作
  • 2. 断路 (开路): 电路断开，用电器不工作
  • 3. 短路: 电流不经过用电器直接流过电源，可能损坏电源和电路 (绝对禁止!)
       • a. 用电器短路: 用电器两端直接用导线连接，用电器不工作
       • b. 电源短路: 电源两端直接用导线连接，可能烧毁电源

• D. 电路连接方式

  • 1. 串联电路
       • a. 定义: 电路中只有一个通路，所有元件依次连接
       • b. 特点:
       • i. 电流处处相等: I = I₁ = I₂ = ...
       • ii. 总电压等于各部分电压之和: U = U₁ + U₂ + ...
       • iii. 总电阻等于各部分电阻之和: R = R₁ + R₂ + ...
       • iv. 用电器相互影响，一个断路，所有用电器都停止工作
       • c. 应用: 节日彩灯
  • 2. 并联电路
       • a. 定义: 电路中有多个通路，各元件并列连接
       • b. 特点:
       • i. 各支路电压相等: U = U₁ = U₂ = ...
       • ii. 总电流等于各支路电流之和: I = I₁ + I₂ + ...
       • iii. 总电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + ... (或 R = (R₁R₂)/(R₁+R₂) 对于两个电阻并联)
       • iv. 各支路互不影响，一个支路断路，其他支路仍然正常工作
       • c. 应用: 家用电器、照明电路

• E. 电路图符号

  • 1. 电源: 长线表示正极，短线表示负极
  • 2. 开关: 断开或闭合状态
  • 3. 电阻: 矩形框
  • 4. 灯泡: 圆圈内画叉或螺旋状
  • 5. 电压表: 圆圈内写 "V"
  • 6. 安培表: 圆圈内写 "A"
  • 7. 导线: 直线

III. 电路分析

• A. 基本方法

  • 1. 识别电路: 确定电路的连接方式 (串联、并联、混联)
  • 2. 简化电路: 忽略对研究问题影响不大的元件
  • 3. 分析电流路径: 确定电流如何流动
  • 4. 应用电路规律: 利用串并联电路的特点进行计算
  • 5. 应用欧姆定律: U=IR

• B. 动态电路分析

  • 1. 电路中电阻变化: 由于滑动变阻器、开关、温度等因素引起电阻变化
  • 2. 分析方法:
       • a. 明确哪个电阻发生变化
       • b. 根据电阻变化，判断总电阻的变化
       • c. 根据欧姆定律，判断总电流和总电压的变化
       • d. 根据串并联电路的特点，进一步分析其他元件的电流和电压变化

• C. 常见电路故障分析

  • 1. 短路: 电阻为零，电流无穷大
  • 2. 断路: 电阻无穷大，电流为零
  • 3. 电压表、电流表读数异常: 结合电路连接方式和故障类型进行判断

IV. 电功率

• A. 定义
  • 1. 单位时间内电流所做的功
• B. 公式
  • 1. P = W/t (W 为电功，t 为时间)
  • 2. P = UI (U 为电压，I 为电流)
  • 3. P = I²R (利用欧姆定律推导)
  • 4. P = U²/R (利用欧姆定律推导)
• C. 单位
  • 1. 瓦特 (W)
  • 2. 千瓦 (kW) 1kW = 1000W
• D. 额定功率和实际功率
  • 1. 额定功率: 用电器在额定电压下的功率
  • 2. 实际功率: 用电器在实际电压下的功率
• E. 电功率的应用
  • 1. 电热器: 利用电流的热效应加热
  • 2. 电动机: 利用电流的磁效应工作

V. 电能

• A. 定义
  • 1. 电流所做的功
• B. 公式
  • 1. W = Pt (P 为电功率，t 为时间)
  • 2. W = UIt (U 为电压，I 为电流，t 为时间)
• C. 单位
  • 1. 焦耳 (J)
  • 2. 千瓦时 (kW·h) 1 kW·h = 3.6 × 10⁶ J (俗称“度”)
• D. 电能表
  • 1. 作用: 测量用电器消耗的电能
  • 2. 读数方法: 注意电能表的单位和最小刻度
  • 3. 参数: 如 "220V 10(20)A 50Hz 3000imp/kW·h" 的含义

VI. 欧姆定律

• A. 内容
  • 1. 导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。
• B. 公式
  • 1. I = U/R (U 为电压，R 为电阻)
• C. 变形公式
  • 1. U = IR
  • 2. R = U/I
• D. 适用条件
  • 1. 适用于纯电阻电路
  • 2. 对金属导体，在温度变化不大时，适用