九年级物理全册思维导图

中心主题：九年级物理

第一部分：机械能

核心概念：能量

• 动能

  
  （图片来源网络，侵删）
  • 定义： 物体由于运动而具有的能量。
  • 影响因素：
    • 质量 (m)： 质量越大，动能越大。
    • 速度 (v)： 速度越大，动能越大。（平方关系）
  • 公式： E_k = ½mv²
  • 实例： 飞驰的汽车、流动的水、挥动的锤子。

• 势能

  • 重力势能
    • 定义： 物体由于被举高而具有的能量。
    • 影响因素：
      • 质量 (m)： 质量越大，重力势能越大。
      • 高度 (h)： 高度越高，重力势能越大。
    • 公式： E_p = mgh
    • 实例： 被举起的杠铃、山顶上的石头。
  • 弹性势能
    • 定义： 物体由于发生弹性形变而具有的能量。
    • 影响因素： 弹性形变的程度。
    • 实例： 被拉长的弹簧、被压弯的弓。

• 机械能

  • 定义： 动能和势能（包括重力势能和弹性势能）的总和。
  • 公式： E = E_k + E_p
  • 单位： 焦耳

核心规律：能量的转化与守恒

• 动能与势能的相互转化
  • 实例：
    • 单摆： 最高点（重力势能最大）→ 最低点（动能最大）→ 最高点（重力势能最大）。
    • 滚摆/过山车： 同上。
    • 人造卫星： 近地点（动能最大，势能最小）→ 远地点（动能最小，势能最大）。
• 机械能守恒定律
  • 如果只有动能和势能相互转化，机械能的总量保持不变。
  • 条件： 只有重力或弹簧弹力做功（或说，没有摩擦力等阻力做功）。
  • 注意： 在实际生活中，因为有摩擦力存在，机械能会转化为内能，所以机械能会减少，但总的能量是守恒的。

第二部分：内能

核心概念：分子动理论

• 1. 物质由分子、原子构成的。
  2. 分子在不停地做无规则运动（热运动）。
  3. 分子间存在相互作用的引力和斥力。
• 宏观表现：
  • 扩散现象： 证明分子在不停地做无规则运动。（如：闻到花香、墨水滴入水中）
  • 物态变化： 证明分子间存在间隙和作用力。

核心概念：内能

• 定义： 物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和。
• 影响因素：
  • 温度： 温度越高，分子热运动越剧烈，内能越大。（主要影响因素）
  • 状态： 物态（固、液、气）改变，分子间距和作用力改变，分子势能改变，内能改变。
• 与机械能的区别：
  • 内能是微观层面（分子）的能量，与物体的温度、状态有关。
  • 机械能是宏观层面（物体整体）的能量，与物体的速度、高度有关。
  • 一切物体在任何情况下都具有内能，但机械能可以为零。

热量与热传递

• 热量 (Q)
  • 定义： 在热传递过程中，转移能量的多少。
  • 单位： 焦耳
  • 本质： 是一个过程量，不是状态量，只能说“吸收”或“放出”热量。
• 热传递的三种方式：
  • 热传导： 沿物体传递，需要物质。（如：金属棒传热）
  • 对流： 靠液体或气体的流动来传递。（如：水沸腾、风的形成）
  • 辐射： 沿直线传播，不需要任何介质。（如：太阳的热量传到地球）

改变内能的两种方式

1. 热传递： 吸收热量，内能增加；放出热量，内能减少。
2. 做功：
   • 对物体做功： 内能增加。（如：压缩空气、摩擦生热）
   • 物体对外做功： 内能减少。（如：气体膨胀做功，内能减小，温度降低——制冷原理）

核心概念：比热容

• 定义： 一定质量的某种物质，在温度升高（或降低）1℃时吸收（或放出）的热量。
• 物理意义： 反映物质吸热或放热能力的强弱。
• 特点： 比热容是物质的一种属性，与物体的质量、温度、吸热多少无关。
• 水的比热容大的应用：
  • 解释现象： 沿海地区冬暖夏凉（水调节气温）。
  • 实际应用： 用水作为冷却剂（汽车发动机）、用热水取暖。

核心公式：热量的计算

• 吸热公式： Q_吸 = cm(t - t₀)
  • c: 比热容, m: 质量, t: 末温, t₀: 初温
• 放热公式： Q_放 = cm(t₀ - t)
• 热平衡方程： Q_吸 = Q_放 (两个物体接触，不计热量损失时)

第三部分：热机

核心概念：热机

• 定义： 把内能转化为机械能的机器。
• 能量转化： 内能 → 机械能
• 分类： 汽油机、柴油机、蒸汽机、喷气发动机等。

汽油机的工作过程

• 一个工作循环： 四个冲程（吸气、压缩、做功、排气）。
• 冲程详解：
  • 吸气冲程： 吸入汽油和空气的混合物。
  • 压缩冲程： 压缩混合气体，机械能 → 内能。
  • 做功冲程： 火花塞点火，燃气推动活塞做功，内能 → 机械能（唯一对外做功的冲程）。
  • 排气冲程： 排出废气。
• 特点： 点火方式为点燃式。

柴油机的工作过程

• 与汽油机类似,也是四个冲程。
• 特点：
  • 吸入的是空气。
  • 压缩冲程末,空气温度超过柴油燃点，喷入柴油，压燃式。
  • 做功更剧烈,效率更高，但较笨重。

核心概念：热值

• 定义： 1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
• 单位： J/kg
• 公式： Q_放 = mq (q为热值)
• 特点： 热值是燃料的一种属性。

热机的效率

• 定义： 用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。
• 公式： η = (W_有用 / Q_总) × 100%
• 提高效率的方法：
  1. 使燃料充分燃烧。
  2. 减少热量散失（如：用水冷却）。
  3. 减少摩擦,部件润滑良好。
• 能量流向： 燃料化学能 → 内能 → 机械能（有用功） + 废气内能 + 机械损失 + 散热损失。

第四部分：电流与电路

电荷

• 两种电荷：
  • 正电荷 (+)
  • 负电荷 (-)
• 电荷间相互作用： 同种电荷相斥，异种电荷相吸。
• 电荷量： 电荷的多少，单位是库仑。
• 元电荷 (e)： 最小的电荷量，e = 1.6 × 10⁻¹⁹ C。

电路

• 组成：
  • 电源： 提供电能的装置（如：电池、发电机），能量转化：其他形式能 → 电能。
  • 用电器： 消耗电能的装置（如：灯泡、电动机），能量转化：电能 → 其他形式能。
  • 开关： 控制电路的通断。
  • 导线： 连接电路，输送电能。
• 三种状态：
  • 通路： 接通的电路。
  • 断路： 断开的电路。
  • 短路： 电源两端或用电器两端直接被导线连接。（危险！会烧毁电源）

电路图

• 常用元件符号：

  电源、开关、灯泡、电压表、电流表、电阻、滑动变阻器等。

串联与并联

• 串联电路：
  • 定义： 用电器首尾相连，接入电路。
  • 特点：
    • 电流路径只有一条。
    • 一个用电器断开,所有用电器都停止工作。
    • 开关控制所有用电器。
• 并联电路：
  • 定义： 用电器两端分别相连，接入电路。
  • 特点：
    • 电流路径有多条（支路）。
    • 一个用电器断开,其他用电器仍能工作。
    • 干路开关控制所有用电器,支路开关只控制本支路。

第五部分：电流、电压与电阻

电流

• 定义： 电荷的定向移动形成电流。
• 方向： 规定正电荷定向移动的方向为电流方向（从电源正极流向负极）。
• 单位： 安培，符号 A，常用单位：mA, μA。
• 测量： 电流表。
  • 使用规则： 串联在电路中；“+”、“-”接线柱接法正确；选择合适的量程。

电压

• 作用： 使电路中形成电流的原因。
• 单位： 伏特，符号 V，常用单位：kV, mV。
• 电源： 提供电压的装置。
• 测量： 电压表。
  • 使用规则： 并联在待测电路两端；“+”、“-”接线柱接法正确；选择合适的量程。

电阻

• 定义： 导体对电流的阻碍作用。
• 符号： R
• 单位： 欧姆，符号 ，常用单位：kΩ, MΩ。
• 决定因素：
  • 材料
  • 长度： 长度越长，电阻越大。
  • 横截面积： 横截面积越大，电阻越小。
  • 温度： 对大多数导体，温度越高，电阻越大。

滑动变阻器

• 作用： 通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变电阻，从而改变电路中的电流和部分电路两端的电压。
• 使用方法：
  • 串联在电路中。
  • “一上一下”接线柱接入电路。
  • 闭合开关前，滑片应置于阻值最大处。

第六部分：欧姆定律

核心定律：欧姆定律

• 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。
• 公式： I = U / R
  • I: 电流 (A), U: 电压 (V), R: 电阻 (Ω)
• 注意： 此定律适用于同一部分电路（纯电阻电路）。

串联电路的规律

• 电流： I = I₁ = I₂
• 电压： U = U₁ + U₂
• 电阻： R_总 = R₁ + R₂ (总电阻等于各分电阻之和)
• 电压分配： U₁ / U₂ = R₁ / R₂ (电压与电阻成正比，分压原理)

并联电路的规律

• 电流： I = I₁ + I₂
• 电压： U = U₁ = U₂
• 电阻： 1/R_总 = 1/R₁ + 1/R₂ (总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和)
• 电流分配： I₁ / I₂ = R₂ / R₁ (电流与电阻成反比，分流原理)

第七部分：电功率与生活用电

电功

• 定义： 电流所做的功。
• 能量转化： 电能 → 其他形式能。
• 公式：
  • W = UIt (普适公式)
  • W = I²Rt (纯电阻)
  • W = (U²/R)t (纯电阻)
• 单位： 焦耳，常用单位：千瓦时，即“度”。
  • 换算： 1度 = 1 kW·h = 3.6 × 10⁶ J
• 测量： 电能表。

电功率

• 定义： 电流在单位时间内所做的功，表示电流做功的快慢。
• 公式：
  • P = W / t (定义式)
  • P = UI (计算式)
  • P = I²R (纯电阻)
  • P = U²/R (纯电阻)
• 单位： 瓦特，符号 W，常用单位：kW。
• 额定功率与实际功率：
  • 额定电压 (U_额)： 用电器正常工作时的电压。
  • 额定功率 (P_额)： 用电器在额定电压下的功率。
  • 实际功率 (P_实)： 用电器在实际电压下的功率。
  • 关系： U_实 > U_额，P_实 > P_额（易烧坏）；U_实 < U_额，P_实 < P_额（发光暗淡）。

测量小灯泡的电功率

• 原理： P = UI
• 电路图： 电流表、电压表、滑动变阻器串联。
• 步骤： 测量U、I，计算P，可以进行多次测量（低于、等于、高于额定电压），比较亮度与实际功率的关系。

电流的热效应

• 电流通过导体时电能转化为热的现象。
• 焦耳定律：
  • 电流通过导体产生的热量与电流的平方成正比，与导体的电阻成正比，与通电时间成正比。
  • 公式： Q = I²Rt
• 电热器： 利用电流的热效应工作的设备（如：电饭煲、电暖器）。
• 防止电热的危害：
  • 电视机： 后面的散热孔。
  • 电脑： 风扇、散热片。
  • 电动机： 外壳做成叶状或装有风扇。

生活用电

• 家庭电路的组成： 火线、零线、地线、电能表、总开关、保险丝（或空气开关）、用电器、插座。
• 火线与零线：
  • 火线与大地间有 220V 电压。
  • 零线与大地间电压为 0V。
• 测电笔： 用来辨别火线和零线。
• 保险丝/空气开关：
  • 作用： 当电路中电流过大时，自动切断电路，起到保护作用。
  • 原因： 电路中发生短路或用电器总功率过大。
• 安全用电原则：
  • 不接触低压带电体，不靠近高压带电体。
  • 更换灯泡、搬动电器前应断开电源开关。
  • 不弄湿用电器，不损坏绝缘层。
  • 保险丝（或空气开关）要串联在火线上。

第八部分：电与磁

磁现象

• 磁性： 物体吸引铁、钴、镍等物质的性质。
• 磁体： 具有磁性的物体。
• 磁极： 磁体上磁性最强的部分（N极和S极）。
• 磁极间相互作用： 同名磁极相斥，异名磁极相吸。
• 磁场： 磁体周围存在的一种特殊物质，对放入其中的磁体有力的作用。
• 磁感线：
  • 定义： 为了形象描述磁场而画的曲线。
  • 方向： 磁体外部，从N极出发，回到S极。
  • 作用： 磁感线的疏密表示磁场的强弱，切线方向表示该点磁场方向。

电流的磁效应

• 奥斯特实验： 通电导线周围存在磁场，磁场方向与电流方向有关。
• 通电螺线管：
  • 磁场： 与条形磁体相似，有N、S两极。
  • 极性判定： 安培定则（右手螺旋定则）：用右手握住螺线管，四指指向电流方向，则大拇指所指的那一端为螺线管的N极。

电磁铁

• 构成： 铁芯 + 通电螺线管。
• 特点：
  • 磁性的有无可以由通断电控制。
  • 磁性的强弱可以由电流大小和线圈匝数控制。
  • 磁极方向可以由电流方向控制。
• 应用： 电磁起重机、电磁继电器。

电磁感应

• 发现者： 法拉第。
• 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。
• 感应电流的方向： 与磁场方向和导体运动方向有关。
• 能量转化： 机械能 → 电能
• 应用： 发电机。

磁场对电流的作用

• 通电导体在磁场中会受到力的作用。
• 力的方向： 与电流方向和磁场方向有关。
• 能量转化： 电能 → 机械能
• 应用： 电动机。

电动机与发电机对比

第九部分：信息的传递

现代顺风耳——电话

• 基本原理：
  • 话筒： 声音信号 → 电流信号（变化的电流）。
  • 听筒： 电流信号 → 声音信号。
• 电话交换机： 自动实现任意两部电话之间的连接，提高线路利用率。

电磁波

• 产生： 迅速变化的电流会在空间激发电磁波。
• 传播： 不需要介质，可以在真空中传播（速度为光速 c = 3×10⁸ m/s）。
• 应用： 无线电广播、电视、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线等。

广播、电视和移动通信

• 无线电广播： 声音信号 → 调制（加载到高频电磁波上）→ 发射 → 接收 → 解调（取出声音信号）→ 声音。
• 电视： 不仅有声音，还有图像信号。
• 移动通信：
  • 基站： 控制一定区域内手机间的通信。
  • 蜂窝网络： 将区域划分为许多正六边形小区，每个小区设一个基站，频率可以复用。

信息之路——光纤通信

• 原理： 光的全反射。
• 优点： 频率高，信息容量巨大；抗干扰能力强；损耗小，远距离传输。

网络通信

• 互联网： 全球性的网络，使用TCP/IP协议。
• 电子邮件： 最快捷的通信方式之一。