高中物理选修31学案822电动势.docx

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高中物理选修31学案822电动势

2.2电动势

[学习目标]

1.知道电源中能量的转化及电源内、外电路中电流的方向。

2.掌握电动势的定义及其意义。

3.理解静电力做功和非静电力做功与能量之间的转化。

4.了解通过对比静电力和万有引力，体会自然规律的多样性和统一性。

[知识梳理]

一、电源在电路中的作用

1．非静电力

（1）定义：

非静电力是指电源把正电荷（负电荷）从负极（正极）搬运到正极（负极）的过程中做功的力，这种非静电力做的功，使电荷的电势能。

（2）在电池中，非静电力是作用，它使化学能转化为电势能；在发电机中，非静电力的作用是电磁作用，它使能转化为电势能。

2．电源

（1）定义：

通过非静电力做功把的能转化为电势能的装置。

（2）不同的电源，非静电力做功的本领不同，这是由本身性质决定的。

[注意]　正确理解非静电力和静电力

（1）非静电力：

除静电力之外，对电荷的运动起促进或阻碍作用的力，常见的有化学力、洛伦兹力、涡旋电场力等。

在电源外部的电路里，自由电荷在电场力作用下移动，电场力做正功，电势能转化为其他形式的能；在电源内部自由电荷移动的方向与受到的电场力方向相反，移送电荷的不再是电场力，叫做“非静电力”。

非静电力做功将电荷“移送”到电势能高的电极，增加电势能（消耗其他形式的能）。

所以可以说：

电源是通过非静电力做功，将其他形式的能转化为电能的装置。

（2）静电力：

又称库仑力，是静止带电体之间的作用力，每一对静止的点电荷之间的静电力均可以用库仑定律去求解。

[判一判]

1．在电源内部，电荷移动过程中，电场力做负功，电荷电势能增加（）

2．在电源内部，电荷移动过程中，非静电力做正功，电荷电势能减少（）

3．所有的电源，均是将化学能转化为电能的装置（）

二、电动势和内阻

1．电动势

（1）定义：

非静电力把正电荷从负极搬运到正极所做的跟被搬运的的比值叫电源的电动势。

（2）公式：

E＝

。

（3）单位：

，用符号“V”表示。

（4）物理意义：

电动势的大小反映了电源将其他形式的能转化为的本领，大，表示电源的转化大。

（5）大小：

从做功角度，其数值等于非静电力把的正电荷在电源内部从负极搬运到正极所做的功。

（6）方向：

电动势是，为研究问题方便，规定其方向为电源内部电流的方向，即由电源指向正极。

（7）电动势的决定因素：

电动势是电源的属性，大小完全由决定，与电源的和外电路的组成及变化情况无关。

2．电源的内阻及电池的容量

（1）电源的内阻：

电源的也是由导体组成的，所以也有电阻，这个电阻叫做电源的，内阻与为电源的两个重要参数。

（2）电池的容量：

①定义：

电池放电时能输出的量，通常以安培时（A·h）或毫安时（mA·h）作单位。

②特点：

电池的容量与有关，同样的电池，小电流、间断性放电要比大电流、连续放电的容量大。

（3）对同一种电池，越大，电池的越大，电池的越小。

[注意]

（1）不同电源把其他形式的能转化为电能的本领是不同的。

电动势在数值上等于非静电力将1C正电荷在电源内从负极搬运到正极所做的功，也就是1C的正电荷所增加的电势能。

（2）公式E＝

是电动势的定义式而不是决定式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质决定的。

电动势不同，表示将其他形式的能转化为电能的本领不同。

例如，蓄电池的电动势为2V，表明在蓄电池内移送1C的电荷时，可以将2J的化学能转化为电能。

[填一填]

铅蓄电池的电动势为2V，一节干电池的电动势为1.5V，将铅蓄电池和干电池分别接入电路，两个电路中的电流分别为0.1A和0.2A。

试求两个电路都工作20s时间，电源所消耗的化学能分别为________和________，________把化学能转化为电能的本领更大。

[课堂互动探究]

知识点一、对电源的进一步理解

例1.以下说法中正确的是（　　）

A．在外电路中和电源内部，正电荷都受静电力作用，所以能不断地定向移动形成电流

B．静电力与非静电力都可以使电荷移动，所以本质上都是使电荷的电势能减少

C．在电源内部正电荷能从负极到达正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力

D．静电力移动电荷做功电势能减少，非静电力移动电荷做功电势能增加

[点评]　静电力与非静电力做功的区别

非静电力只在电源内部对电荷做功，将其他形式的能转化为电能，但静电力在整个闭合电路上都要做功，将电能转化为其他形式的能，在整个电路上，非静电力做的功与静电力做的功相等。

[跟踪训练]

1．关于电源的说法不正确的是（　　）

A．电源外部存在着由正极指向负极的电场，内部存在着由负极指向正极的电场

B．在电源外部电路中，负电荷靠电场力由电源的负极流向正极

C．在电源内部电路中，正电荷靠非静电力由电源的负极流向正极

D．在电池中，靠化学作用使化学能转化为电势能

知识点二、对电动势的理解

1.电源电动势与电势差的区别和联系

2.电源的连接

（1）n个完全相同的电源串联：

电源的总电动势E总＝nE，电源的总内阻r总＝nr。

（2）n个完全相同的电源并联：

电源的总电动势E总＝E，电源的总内阻r总＝

。

[注意]

（1）电动势E＝

与U＝

及电场强度E＝

等均采用比值定义法。

（2）电压U计算时有正有负，而电动势E只能取正值。

（3）电源电动势和电场强度所用的符号相同，注意区分。

例2.下列有关电动势的说法正确的是（　　）

A．电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比

B．电动势的单位跟电压的单位一致，所以电动势就是电源两极间的电压

C．非静电力做功越多，电动势就越大

D．E＝W/q只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源内非静电力的特性决定

[点评]　

（1）电源的电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，即非静电力移送相同电荷量的电荷做功越多，则电动势越大。

（2）公式E＝

中W为非静电力做的功，而E的大小与W、q无关。

（3）电源电动势的大小是由电源本身性质决定的，不同种类的电源电动势的大小不同。

[跟踪训练]

2．下面是对电源电动势概念的认识，你认为正确的是（　　）

A．同一电源接入不同的电路，电动势就会发生变化

B．1号干电池比7号干电池大，但电动势相同

C．电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势就越大

D．电动势、电压和电势差虽名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同

知识点三、公式E=

的应用

例3.据信息产业部在7月底公布的最新统计，某年上半年，国产品牌手机的国内市场占有率比上一年猛升16.21%，达到55.28%的份额。

如图所示的是某品牌手机电池上的文字说明，由此可知该电池的电动势和所储存的最大电能是（　　）

A．4.2V　9.07×103JB．3.7V　9.07×103J

C．4.2V　7.99×103JD．3.7V　7.99×103J

[点评]

求解此类问题的关键是能够从题目中提炼出有用的信息，然后根据相应的物理规律进行求解。

[跟踪训练]

3．下表是两个电池外壳上的说明文字：

（1）由表中数据可看出进口电池的电动势是多少伏？

（2）上述国产电池最多可放出多少电荷量？

若该电池工作电流为0.03A，则最多可工作多少个小时？

[随堂达标检测]

1．[多选]关于电源，下列说法中正确的是（　　）

A．电源可将其他形式的能转化为电能

B．在电源内部，其他形式的能转化为电能

C．在电源内部，电源依靠库仑力搬移电荷

D．电源就是产生电荷的装置

2．铅蓄电池的电动势为2V，下列说法错误的是（　　）

A．电路中每通过1C电荷量，电源把2J的化学能转化为电能

B．铅蓄电池断开时其两极间的电压为2V

C．铅蓄电池在1s内将2J的化学能转变成电能

D．铅蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）的大

3．单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，在内外电路中释放的总能量决定于（　　）

A．电源的电动势B．通过电源的电流

C．路端电压的大小D．内外电阻之和

4．[多选]关于电源与电路，下列说法正确的是（　　）

A．外电路中电流由电源正极流向负极，内电路中电流也由电源正极流向负极

B．外电路中电流由电源正极流向负极，内电路中电流由电源负极流向正极

C．外电路中电场力对电荷做正功，内电路中电场力对电荷也做正功

D．外电路中电场力对电荷做正功，内电路中非静电力对电荷做正功

5．有一蓄电池，当移动1C电荷时非静电力做的功是2J，该蓄电池的电动势是多少？

给小灯泡供电，供电电流是0.2A，供电10min，非静电力做的功是多少？

--☆参考答案☆--

[知识梳理]

一、电源在电路中的作用

1．

（1）增加

（2）化学机械

2．

（1）其他形式

（2）电源

[判一判]

1．√2．×3．×

二、电动势和内阻

1．

（1）功电荷量（3）伏特（4）电能电动势本领（5）1C（6）标量负极

（7）电源本身体积

2．

（1）内部内阻电动势

（2）①总电荷②放电状态（3）体积容量内阻

[填一填]

[解析]对于铅蓄电池的电路，20s时间内通过的电荷量为q1＝I1t＝2C；对于干电池的电路，20s时间内通过的电荷量为q2＝I2t＝4C。

由电动势的定义式E＝

得电源消耗的化学能分别为W1＝q1E1＝4J，W2＝q2E2＝6J。

因为E1>E2，故铅蓄电池把化学能转化为电能的本领更大。

[答案]4J　6J　铅蓄电池

[课堂互动探究]

知识点一、对电源的进一步理解

例1.[[解析]]　在电源内部，电荷受到的非静电力大于静电力，非静电力将正电荷从电源负极运送到正极，并将其他形式的能转化为电势能；在电源外部，正电荷受静电力作用从电源正极移动到负极，并将电势能转化为其他形式的能，A、B、C错误，D正确。

[[答案]]　D

[跟踪训练]

1．[解析]选A　无论电源内部还是外部，电场都是由正极指向负极，故A错；在外部电路中，负电荷靠电场力由负极流向正极，而内部电路中，正电荷由负极流向正极，因电场力与移动方向相反，故必有非静电力作用在电荷上才能使其由负极流向正极，在电池中，靠化学作用使化学能转化为电势能，故B、C、D正确。

知识点二、对电动势的理解

例2.[[解析]]　电动势的关系式E＝W/q是比值定义式而非决定式，不能说和W成正比和q成反比，故A错误；虽然电动势的单位跟电压的单位一致，但电动势是和非静电力所做的功对应的物理量，而电压是和静电力所做的功对应的物理量，故B错误；非静电力所做的功多少还和移动的电荷量有关，故选项C错误；由电动势的定义可知D选项正确。

[[答案]]　D

[跟踪训练]

2．[解析]选B　电动势的大小由非静电力性质决定，与外电路及电池体积无关，故A错，B对；电动势在数值上等于搬运1C电荷量把其他形式的能转化为电能的数值，C选项由于没确定多少电荷量，所以不对；电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领的物理量，而电压是电势差的大小，D错。

知识点三、公式E=

的应用

例3.[[解析]]　由铭牌可知，该电池的电动势E＝3.7V，储存总电荷量Q＝600mA·h，根据电池做的功等于消耗的电能，所以储存的最大电能E电能＝W＝IUt＝QU＝600×10－3×3600×3.7J≈7.99×103J，D正确。

[[答案]]　D

[跟踪训练]

3．[解析]

（1）由题表中数据可看出进口电池的电动势为1.2V。

（2）国产电池可放出的电荷量为600mA·h，则q＝600×10－3×3600C＝2160C

由q＝It得t＝

＝

s＝72000s＝20h

[答案]

（1）1.2V

（2）600mA·h（或2160C）　20h

[随堂达标检测]

1．[解析]选AB　电源是将其他形式的能转化为电能的装置，A正确；在电源内部依靠非静电力做功将其他形式的能转化为电能，B正确，C错误；电源能够不断移动电荷，不能产生电荷，D错误。

2．[解析]选C　根据电动势的定义E＝

，非静电力移动1C电荷量所做的功W＝qE＝1×2J＝2J，由功能关系可知有2J的化学能转化为电能，A正确，C错误；电源两极的电势差（电压）U＝

，而E电能＝W，所以U＝E＝

＝2V，B正确；电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，E蓄电池＝2V>E干电池＝1.5V，D正确。

3．[解析]选A　电动势反映电源自身在其内部将单位正电荷从负极移到正极的过程中，克服电场力所做的功，表征将其他形式的能转化为电势能的本领，A正确。

4．[解析]选BD　电路中电流是由正电荷的定向移动形成的，外电路中，正电荷在导线中电场的作用下，从高电势端向低电势端运动，即从电源正极向电源负极运动，此过程电场力对电荷做正功。

根据稳定电流的闭合性和电荷守恒定律，在内电路中，正电荷只能从电源负极向正极运动，即电流从电源负极流向正极，此过程中，电荷运动方向与电场力的方向相反，电场力对电荷做负功。

要使正电荷从电源负极移向电源正极，必须有除电场力以外的非静电力做功，使其他形式的能转化为电荷的电势能，所以B、D正确。

5．[解析]由电动势的定义式得E＝

＝2V10min内通过电源的电荷量等于通过小灯泡的电荷量，即Q＝It＝120C则非静电力做的功W′＝QE＝240J

[答案]2V　240J