现代物理学包括:光学、电学、力学、热力学、声学、磁力学等,其中电学是其中非常重要的一个分支学科。电学主要研究“电”的形成原理及其在日常生产、生活中的应用。通过本篇思维导图,我们一起来学习了解一下。
针对这类需求及刚好现在一些学校开始给小学生介绍思维导图,这里用思维导图的形式来介绍电学基础,更利于感兴趣的少年儿童学习,参考图1,电学的基础名词包括:电荷、电路、电流、电压、电阻、欧姆定律、电功及电功率。
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图1,电学基础
1. 电荷思维导图
电荷,属于一个非常专业的名词,是用来描述电的产生原理及流向的,一般生活中用不到,专业描述为:电荷是物体或构成物体的质点所带的正电或负电,其中带正电的粒子叫正电荷(表示符号为“+”),带负电的粒子叫负电荷(表示符号为“﹣”)。带电物体的物理特性为:带同种电荷的物体相互排斥,带异种电荷的物体相互吸引。
针对这部分,另一定要记住的是:电荷守恒定律,即电荷不会产生,只能通过转移来实现,也符合能量守恒的定律。专业描述为:电荷既不能创造,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或从物体的一部分转移到另一部分,在转移的过程中,系统的电荷总数保持不变。
在教学中,一般用摩擦起电的现象来介绍,例如:玻璃棒和丝绸摩擦,玻璃棒失去电子带正电,丝绸得到电子带负电,更多可参考图2。
图2,电荷简介
2. 电路基础思维导图
电路模型,简称电路,是实际电路抽象而成,由此近似地反映实际电路的电气特性,并将类似的器件归类为一种理想模型,一般简单归类为:电源类设备、电阻类设备、开关类设备、导线、电容类设备、电磁类设备等,例如在分析简单的电灯、开关及电源的模型中,一般将电灯简化为一个电阻器件、开关简化为单刀模型等,实际的电灯是一个带阻抗的电能转光能及热能的器件,开关直接忽略阻抗等,简化为理想开关,导线也忽略阻抗及能量损耗,即都是对真实用电器的理想简化模型。参考图3,电路一般由电源、开关、用电器、导线等组成。
图3, 电路基础
3. 电流、电压、电阻
思维导图
现代生活应用中,其电路模型根据应用场景及用电器的差别,也存在较大的区别。这类电路模型中最基础的有3个名词:电流、电压、电阻,其中电流是用来衡量单位时间内流经导线的电荷量,电压用来描述电荷流向,电阻一般用来描述用电器。
为描述及测量这些数据(电流、电压、电阻),一般会使用电压表、电流表,家用的都建议买“万用表”,其集成电压、电流、电阻等多项参数测量功能,但在学校的实验室,存在较多的分立式电流表、电压表,在各城市科技展厅区也都是分立模型。更多可参考图4、图5、图6。
图4, 电流
图5, 电压
图6,电阻
4. 欧姆定律思维导图
在测试电压、电流、电阻的过程中,德国物理学家乔治·西蒙·欧姆1826年4月发表的《金属导电定律的测定》论文中总结出了三者之间的关系,被后人称之为“欧姆定律”。其学术描述为:在同一电路中,通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。为纪念欧姆对电学的贡献,将电阻的单位命名为欧姆,以符号Ω表示。
电压U、电流I和电阻R三者的关系可用欧姆定律表示,相关公式见图7。
图7,欧姆定律
5. 电功及电功率
电能是一种能量,消耗的总电能,电流做了多少功,简称电功,一般用能量界标准名词瓦特或焦耳来计量,常用单位是瓦特(Watt),简称”瓦”,符号是W,生活中常用千瓦时KW.h。,在单位时间消耗的能量,即电流在单位时间内做的功叫做电功率,用来描述消耗电能的快慢,用P表示。更多详见图8。
图8,电功及电功率
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