《高中物理电学思维导图》
一、 静电场
1.1 电荷与电荷守恒定律
1.1.1 电荷
- 定义：带电粒子
- 种类：正电荷、负电荷
- 电荷量：q，单位库仑(C)
1.1.2 元电荷
- 定义：最小电荷量，e = 1.60×10⁻¹⁹ C
1.1.3 电荷守恒定律
- 内容：电荷既不会创生，也不会消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量保持不变。
- 适用范围：任何宏观或微观过程。
1.2 库仑定律
1.2.1 内容
- 真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离的二次方成反比，作用力沿着它们的连线。
1.2.2 公式
- F = k (q₁ q₂) / r²
- k: 静电力常量，k = 9.0×10⁹ N·m²/C²
1.2.3 适用条件
- 真空中静止的点电荷。
1.3 电场强度
1.3.1 电场
- 定义：存在于电荷周围的特殊物质，对放入其中的其他电荷产生力的作用。
1.3.2 电场强度
- 定义：描述电场强弱和方向的物理量。
- 定义式：E = F/q (定义式，适用于任何电场，q为试探电荷)
- 点电荷的电场强度：E = kQ/r² (Q为场源电荷)
- 单位：N/C 或 V/m
- 矢量性：既有大小又有方向，方向与正电荷受力方向相同，与负电荷受力方向相反。
1.3.3 电场线
- 定义：一种虚拟的线，用来形象地描述电场。
- 特点：
- 从正电荷或无穷远处出发，到负电荷或无穷远处终止。
- 电场线的疏密程度表示电场强度的大小，越密电场强度越大。
- 电场线的切线方向表示该点的电场强度方向。
- 电场线永不相交。
1.4 电势能与电势
1.4.1 电场力做功
- 电场力做功与路径无关，只与初末位置有关。
1.4.2 电势能
- 定义：电荷在电场中具有的势能。
- 变化：电场力做正功，电势能减少；电场力做负功，电势能增加。
- 计算：W = -ΔEₚ (W为电场力做的功，ΔEₚ为电势能的变化量)
1.4.3 电势
- 定义：描述电场中某点电势能大小的物理量。
- 定义式：φ = Eₚ/q (q为试探电荷)
- 单位：伏特(V)
- 标量性：只有大小，没有方向。
1.4.4 电势差
- 定义：两点间的电势之差。
- 公式：U = φ₁ - φ₂
- 单位：伏特(V)
1.4.5 电场力做功与电势差的关系
- 公式：W = qU
1.5 等势面
1.5.1 定义
- 电场中电势相等的点构成的面。
1.5.2 特点
- 等势面与电场线垂直。
- 在等势面上移动电荷，电场力不做功。
- 电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面。
1.6 电容
1.6.1 电容
- 定义：电容器容纳电荷的本领。
- 定义式：C = Q/U (Q为电容器所带电荷量，U为两极板间的电压)
- 单位：法拉(F)
1.6.2 平行板电容器
- 决定式：C = εS / (4πkd) (ε为介电常数，S为正对面积，d为板间距离)
二、 恒定电流
2.1 电流与电流强度
2.1.1 电流
- 定义：电荷的定向移动形成电流。
- 方向：正电荷定向移动的方向。
2.1.2 电流强度
- 定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量。
- 定义式：I = Q/t
- 单位：安培(A)
2.2 电阻
2.2.1 电阻
- 定义：导体对电流的阻碍作用。
- 定义式：R = U/I
- 单位：欧姆(Ω)
2.2.2 决定式
- R = ρL/S (ρ为电阻率，L为长度，S为横截面积)
2.3 欧姆定律
2.3.1 部分电路欧姆定律
- 公式：I = U/R
2.3.2 全电路欧姆定律
- 公式：I = E / (R + r) (E为电动势，r为内阻)
2.4 电功与电功率
2.4.1 电功
- 公式：W = UIt
2.4.2 电功率
- 定义：电流做功的快慢。
- 公式：P = UI
2.4.3 焦耳定律
- 公式：Q = I²Rt
2.5 电源
2.5.1 电动势
- 定义：电源把其他形式的能转化为电能的本领。
- 单位：伏特(V)
2.5.2 内阻
- 定义：电源内部的电阻。
2.6 电路
2.6.1 串联电路
- 特点：电流处处相等，总电压等于各电阻电压之和，总电阻等于各电阻之和。
2.6.2 并联电路
- 特点：电压处处相等，总电流等于各支路电流之和，总电阻的倒数等于各电阻倒数之和。
三、 磁场
3.1 磁场
3.1.1 定义
- 磁体或电流周围存在的一种特殊物质，对放入其中的磁体或运动电荷产生力的作用。
3.1.2 磁感应强度
- 定义：描述磁场强弱和方向的物理量。
- 定义式：B = F / (IL) (F为安培力，I为电流强度，L为导线长度)
- 单位：特斯拉(T)
- 矢量性：既有大小又有方向。
3.1.3 磁感线
- 定义：一种虚拟的线，用来形象地描述磁场。
- 特点：
- 磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，越密磁感应强度越大。
- 磁感线的切线方向表示该点的磁感应强度方向。
- 磁感线是闭合曲线。
3.2 磁场对电流的作用
3.2.1 安培力
- 定义：磁场对电流的作用力。
- 公式：F = BILsinθ (θ为磁场方向与电流方向的夹角)
- 方向：左手定则。
3.3 磁场对运动电荷的作用
3.3.1 洛伦兹力
- 定义：磁场对运动电荷的作用力。
- 公式：f = qvBsinθ (θ为磁场方向与速度方向的夹角)
- 方向：左手定则。
3.4 带电粒子在磁场中的运动
3.4.1 匀速圆周运动
- 条件：速度方向与磁场方向垂直。
- 公式：qvB = mv²/r
- 周期：T = 2πm/(qB)
- 半径：r = mv/(qB)
四、 电磁感应
4.1 电磁感应现象
4.1.1 定义
- 因磁通量变化而产生感应电动势的现象。
4.2 磁通量
4.2.1 定义
- 穿过某一面积的磁感线条数。
- 公式：Φ = BAcosθ (θ为磁场方向与面积方向的夹角)
- 单位：韦伯(Wb)
4.3 法拉第电磁感应定律
4.3.1 内容
- 感应电动势的大小与穿过闭合回路的磁通量的变化率成正比。
4.3.2 公式
- E = nΔΦ/Δt (n为线圈匝数)
4.4 楞次定律
4.4.1 内容
- 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
4.4.2 应用
- 判断感应电流的方向。
4.5 自感现象
4.5.1 定义
- 因导体自身电流变化而产生的电磁感应现象。
4.5.2 自感电动势
- 公式：E = LΔI/Δt (L为自感系数)
五、 交流电
5.1 正弦交流电
5.1.1 定义
- 电流强度随时间按正弦规律变化的电流。
5.1.2 公式
- i = Iₘsinωt (Iₘ为最大值，ω为角频率)
5.2 有效值
5.2.1 定义
- 与直流电产生相同热效应的电流值。
- 公式：I = Iₘ/√2, U = Uₘ/√2 (适用于正弦交流电)
5.3 变压器
5.3.1 原理
- 电磁感应。
5.3.2 公式
- U₁/U₂ = n₁/n₂ (U为电压，n为匝数)
- P₁ = P₂ (输入功率等于输出功率)
5.4 电感和电容对交流电的阻碍作用
5.4.1 电感
- 感抗：Xₗ = ωL (ω为角频率，L为电感系数)
5.4.2 电容
- 容抗：Xᴄ = 1/(ωC) (ω为角频率，C为电容)
This mind map provides a structural overview of high school physics electricity concepts. It covers electrostatics, DC circuits, magnetism, electromagnetic induction, and alternating current. Each section is broken down into key concepts, definitions, formulas, and laws, offering a comprehensive outline for studying and reviewing these topics.