高中物理--电学篇

这是一篇关于电路的思维导图，主要内容包括：电流，电阻，串并联电路，能量转化，闭合电路欧姆定律，传感器。

电路

• 电流
  • 定义
    • 通过导体某一横截面的电荷量q跟所用时间t的比值 I=q/t 单位：安培A
  • 决定式
    • I=nLSe/(L/v)=neSv 形成电流的微观实质
      • 电池的容量=输出电荷量Q=It 单位mA▪h
  • 方向
    • 规定为正电荷移动的方向，与负电荷移动方向相反
  • 形成电流的三种定向移动的电荷
    • 金属导体：自由电子；液体：正负离子；气体：自由电子+正负离子
    • 电解液中计算电流：q为正负电荷量的绝对值之和
• 电阻
  • 定义式 R=U/I
    • 斜率越大，电阻越大，适用于一切导体电阻计算
  • 决定式 R=ρL/S
    • ρ电阻率与材料和温度有关 Ω▪m，反映材料的导电性能
    • 一般金属，温度越高，ρ越大；有些半导体，温度越高，ρ越小（热敏电阻）； 有些合金，ρ不受温度变化的影响（标准电阻）；绝对零度时，某些材料ρ=0，超导体
    • 电阻率与形状无关，但电阻与形状有关
  • 伏安特性曲线1/R I-U图像
    • 线性元件：成正比，直线；非线性元件：曲线，不成正比
  • 电阻率的测量
    • 电流表内外接：大（电阻）内（接）偏大，小（电阻）外（接）偏小
    • 滑动变阻器
      • 分压式接法：电压电流调节范围大（限流式接法：电压电流调节范围小）
      • 电流表、电压表有较大的偏转（约2/3处为宜）
      • 必选分压式接法（一般选限流式接法、能耗小） ①电流超过电流表或电压表的量程或者电阻的额定电流 ②待测电阻比滑动变阻器总电阻大得多，电流变化不明显 ③实验要求电压从零开始
    • 电阻的测量
      • 伏安法、伏伏法、安安法、电桥法、半偏法测电流表和电压表内阻P167
  • 游标卡尺（不估读）
    • ①从游标尺0刻度线开始读数 ②读数＝主尺示数＋游标尺示数（对齐格数×精确度）③精确度一般有0.1、0.05、0.02mm
  • 螺旋测微器（千分尺，估读）
    • ①测量精确度0.01mm，读数到0.001mm ② 读数=固定刻度+半毫米刻度+可动刻度（估读一位）
• 串并联电路
  • 串联
    • 串联分压
      • 总电阻大于最大电阻
        • 无论串联并联，若有一个电阻增大（或减小），则总电阻随之增大（或减小）
  • 并联
    • 并联分流
      • 总电阻小于最小电阻（加粗）；
  • 电表改装
    • 小量程电流表G
    • 电压表改装（串联一定值电阻R）
    • 电流表改装（并联一定值电阻R）
  • 理想电表
    • 一般认为，电压表断路（电阻无穷大），电流表断路（电阻无穷小），忽略不计
  • 多用电表
    • ①红表笔插正接线柱，黑表笔插负接线柱（红进黑出） ②机械调零 ③选择指针偏转角较大的量程 ④欧姆档，换挡重调，不估读，注意乘倍率 ⑤若最小刻度为1、0.1、0.01等，读数读到最小刻度下一位；若最小刻度为2、0.2、0.02、0.5、0.05等，只需读到与最小刻度位数相同即可
• 能量转化
  • 电功W
    • 含义W=Uq=UIt
      • 单位：1kW▪h（度）=3.6*10^6J
    • 实质是静电力对自由电荷做功：静电力做功，电荷的电势能减少，其他形式的能增加
  • 电功率P=W/t=UI
    • 实际功率：实际工作（不一定是额定电压电流）
    • 额定功率：正常工作即额定电压/电流
    • 总功率=各负载功率之和（不分串联并联）
  • 电热Q
    • 焦耳定律：Q=I²Rt，热功率P=Q/t=I²R
  • 能量转化
    • 纯电阻电路：电能全部转化为内能（电功 UIt = 电热 I²Rt） 白炽灯、电炉、电热毯、转子卡主的电动机 U=IR
    • 非纯电阻电路：电能转化为内能+其他（电功 UIt = W其他 + 电热I²Rt) 电风扇、电解槽、日光灯 U＞IR
• 闭合电路欧姆定律
  • 电源电动定义式E=W/q 1V=1J/C 非静电力做功 E=U内+U外
  • 闭合电路欧姆定律
    • I=E/(R+r) I与E成正比，与(R+r)成反比 路端电压即U外=IR 内电压U内=Ir
  • 路端电压和负载
    • U外=E-Ir=E-Er/(R+r) P213图像
  • 欧姆表
    • 欧姆调零原理：红黑笔相接，调节R的阻值，使表头指针指向满刻度，即满偏处为欧姆表的零点，三个电阻和为表内阻
    • 被测电阻Rx与 I是非线性关系，故欧姆表刻度不均匀，左密右疏
    • 中值电阻：即指针指向表盘中央时，此时被测阻值恰好等于欧姆表的内阻
  • 闭合电路功率
    • • ①R=r时，P出最大，即U=E/2 ②R＜r时，R↑，P出↑ ③R＞r时，R↑，P出↓ ④当小于最大电功率时，每个输出功率对应可能两个外电阻
  • 电源的效率
    • • 外电路电阻越大，电源效率越高； 当电源输出功率最大时，R=r，η=50%
  • 电池电动势和内阻的测量
    • 伏安法
      • 方法①测出三组U , I，求出三个E , r，分别求平均值 方法②图像法：测出多组U , I，描点画图，由 U=E-Ir 可得 纵轴轴距=E；横轴轴距=短路电流 I；直线斜率绝对值=电池内阻 即 r=E/I
    • 安阻法：电阻箱+电流表（公式法两组数据E=IR+Ir或图像法）
    • 伏阻法：电阻箱+电压表（公式法两组数据E=U+Ur/R或图像法
• 传感器
  • 能够感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能按照一定规律转换成电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的器件
  • 传感器
    • 物理传感器（力传感器、磁传感器、声传感器）
    • 化学传感器（离子传感器、气体传感器）
    • 生物传感器（酶传感器、微生物传感器、细胞传感器）
  • 电阻
    • 光敏电阻：光照越强，电阻越小（计数器）
    • 热敏电阻：①负温度系数，温度越高，电阻越小（油位报警装置）；②正温度系数，温度越高，电阻越大
    • 金属热电阻：电阻率随温度升高而降低
  • 电阻应变片（R=ρL/S）：电子秤
    • 电容式传感器
  • 霍尔元件U=kIB/d