《电学思维导图》

一、 电路基础

1.1 电路构成

• 电源：
  • 提供能量，产生电压。
  • 类型：干电池、蓄电池、发电机等。
  • 关键参数：电压（V），内阻（r）。
• 负载：
  • 消耗电能，实现特定功能。
  • 类型：电阻、电动机、灯泡等。
  • 关键参数：电阻（R），功率（P）。
• 开关：
  • 控制电路的通断。
  • 类型：单刀单掷开关、单刀双掷开关、按钮开关等。
• 导线：
  • 连接电路各元件，传输电流。
  • 理想导线电阻忽略不计。

1.2 电路状态

• 通路：
  • 电路闭合，形成完整回路，电流可以正常流动。
  • 灯泡发光，电动机转动等。
• 断路（开路）：
  • 电路某处断开，电流无法流动。
  • 开关断开，导线断裂等。
  • 电压存在于断开处。
• 短路：
  • 电路两点之间直接连接，电流绕过负载直接流回电源负极。
  • 极其危险，可能烧毁电源或导线。
  • 电阻接近于零，电流极大。

1.3 电流、电压和电阻

• 电流 (I)：
  • 电荷的定向移动形成电流。
  • 单位：安培 (A)。
  • 测量：安培表（串联接入电路）。
  • 影响因素：电压、电阻。
  • 方向：正电荷定向移动的方向为电流方向（实际是负电荷移动）。
• 电压 (U)：
  • 产生电流的推动力，两点之间的电位差。
  • 单位：伏特 (V)。
  • 测量：伏特表（并联接入电路）。
  • 来源：电源、电场。
• 电阻 (R)：
  • 对电流的阻碍作用。
  • 单位：欧姆 (Ω)。
  • 影响因素：材料、长度、横截面积、温度。
  • 测量：欧姆表（断电情况下测量）。
  • 种类：定值电阻、滑动变阻器。

1.4 欧姆定律

• 公式：U = IR
• 描述：导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。
• 应用：
  • 计算电压、电流、电阻。
  • 分析电路。

二、 电路分析

2.1 串联电路

• 电流：处处相等 (I = I1 = I2 = ...)。
• 电压：总电压等于各部分电路电压之和 (U = U1 + U2 + ...)。
• 电阻：总电阻等于各电阻之和 (R = R1 + R2 + ...)。
• 分压原理：电压与电阻成正比 (U1/U2 = R1/R2)。

2.2 并联电路

• 电流：总电流等于各支路电流之和 (I = I1 + I2 + ...)。
• 电压：各支路电压相等 (U = U1 = U2 = ...)。
• 电阻：总电阻的倒数等于各电阻倒数之和 (1/R = 1/R1 + 1/R2 + ...)。
• 分流原理：电流与电阻成反比 (I1/I2 = R2/R1)。

2.3 混联电路

• 串联和并联的组合。
• 分析方法：化繁为简，逐步分析。
  • 识别串联和并联部分。
  • 先计算串联或并联部分的等效电阻。
  • 逐步简化电路。

2.4 电路测量

• 安培表：测量电流。串联接入电路。内阻很小，视为导线。
• 伏特表：测量电压。并联接入电路。内阻很大，视为开路。
• 欧姆表：测量电阻。断电情况下使用，连接待测电阻两端。

三、 电功率和电能

3.1 电功 (W)

• 定义：电流所做的功，电能转化为其他形式能量的过程。
• 单位：焦耳 (J)。
• 公式：W = UIt = Pt
• 测量：电能表（俗称电度表）。

3.2 电功率 (P)

• 定义：电流做功的快慢。
• 单位：瓦特 (W)。
• 公式：P = UI = I^2R = U^2/R
• 额定功率：电器正常工作时的功率。
• 实际功率：电器实际工作时的功率。

3.3 电热

• 焦耳定律：电流通过导体产生的热量与电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。
• 公式：Q = I^2Rt
• 应用：电热器、电饭煲等。
• 防止电热的危害：散热。

3.4 电能 (E)

• 电能与电功可以互换使用符号。
• 电能表单位：千瓦时 (kW·h)，俗称“度”。
• 1 kW·h = 3.6 × 10^6 J

四、 电磁学

4.1 磁现象

• 磁体：能够吸引铁、钴、镍等物质的物体。
• 磁极：磁体上磁性最强的部分。
  • 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
• 磁场：磁体周围存在的特殊物质，能够传递磁力。
• 磁感线：描述磁场的假想曲线。
  • 疏密程度表示磁场强弱。
  • 方向表示磁场方向（N极指向S极）。

4.2 电流的磁效应

• 奥斯特实验：电流周围存在磁场。
• 电磁铁：带铁芯的螺线管。
  • 磁性强弱：与电流大小、线圈匝数、铁芯有关。
• 安培定则：判断电流方向和磁场方向的关系。
  • 右手握螺线管，四指指向电流方向，拇指指向磁场方向（N极）。

4.3 电磁感应

• 法拉第电磁感应定律：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。
• 感应电流方向：用右手定则判断。
  • 右手张开，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一个平面内。让磁感线从掌心进入，拇指指向导体运动方向，则四指所指方向为感应电流的方向。
• 应用：发电机。
• 电磁感应现象是电能转化为机械能的过程。

4.4 磁场对电流的作用

• 通电导体在磁场中会受到力的作用（安培力）。
• 安培力方向：用左手定则判断。
  • 伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一个平面内。让磁感线从掌心进入，四指指向电流方向，则拇指所指方向为导体受力方向。
• 应用：电动机。
• 磁场对电流的作用是电能转化为机械能的过程。

五、 安全用电

5.1 安全电压

• 对人体安全电压：不高于36V。

5.2 安全用电原则

• 不接触低压带电体。
• 不靠近高压带电体。
• 不弄湿电器。
• 不乱接乱拉电线。
• 安装漏电保护器。
• 使用三孔插座，保证接地。

5.3 触电急救

• 迅速切断电源。
• 用干燥的绝缘体将触电者与电源分离。
• 进行人工呼吸和胸外按压。
• 立即拨打急救电话。

六、 电路故障分析

6.1 灯泡不亮

• 原因：
  • 断路：开关未闭合、导线断裂、灯丝烧断。
  • 短路：电源短路、部分电路短路（其他灯泡亮）。
• 判断方法：
  • 用电压表测量各部分电路电压。
  • 用电流表测量各支路电流。

6.2 用电器不能正常工作

• 电压过低：线路损耗过大、电源电压不足。
• 电流过大：短路、用电器功率过大。

6.3 电能表转速异常

• 转速过快：用电器功率过大、有漏电现象。
• 转速过慢：用电器功率过小、电能表故障。