资源描述
2电动势
[学习目标] 1.知道电源是将其他形式的能转化为电能的装置． 2.了解电路中(电源外部和内部)自由电荷定向移动的过程中，静电力和非静电力做功与能量转化的关系．(难点) 3.了解电源电动势的基本含义，知道它的定义式．(重点) 4.了解电源内电阻．
电源
[先填空]
非静电力：
(1)非静电力的作用：把正电荷由负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，将其他形式的能转化为电势能．
(2)非静电力的实质：在电池中是指化学作用，在发电机中是指电磁作用．
(3)电源：通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置．
[再思考]
从功能关系的角度分析：非静电力做功和静电力做功是否相同？为什么？
【提示】 静电力做功与非静电力做功不同，静电力做功是将电能转化为其他形式的能，而非静电力做功是在电源内部对电荷做功，将其他形式的能转化为电能．
[后推断]
(1)在电源内部静电力做负功．(√)
(2)非静电力做功，可以使正电荷在电源内部由负极移动到正极．(√)
(3)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削减．(×)
(4)在电源外部静电力使正电荷定向移动，在电源内部是非静电力使正电荷移动，因而形成电流．(√)
电源的电动势和内阻
[先填空]
1．电动势
(1)物理意义：反映电源非静电力做功的本事的大小．
(2)大小：在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功．即E＝.
(3)单位：伏特(V)．
(4)大小的打算因素：由电源中非静电力的特性打算，跟电源的体积无关，跟外电路也无关．
(5)常用电池的电动势
干电池
铅蓄电池
锂电池
锌汞电池
1.5 V
2 V
3 V或3.6 V
1.2 V
2.内阻：电源内部导体的电阻．
3．容量：电池放电时能输出的总电荷量，其单位是：A·h或mA·h.
[再思考]
对于不同型号的干电池，其电动势均为1.5 V，这说明白什么？
【提示】 电动势是描述电源属性的物理量，其大小打算于非静电力做功的性质，与电池体积无关．不同型号干电池只是容量不同．
[后推断]
(1)电源的电动势就是电源两端的电压．(×)
(2)全部电池的电动势都是1.5 V．(×)
(3)电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功．(√)
(4)电动势公式E＝中的W与电压U＝中的W是一样的，都是电场力做的功．(×)
(5)电源的电动势大说明其把其他形式的能转化为电能的本事大．(√)
预习完成后，请把你认犯难以解决的问题记录在下面的表格中
问题1
问题2
问题3
问题4
同学分组探究一 对非静电力的理解(深化理解)
第1步 探究——分层设问，破解疑难
1．非静电力做功与静电力做功有何区分？
2．不同的电源非静电力相同吗？
第2步 结论——自我总结，素能培育
1．模型类比
(1)抽水机：如图2－2－1，水池A、B的水面有确定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池A运动到水池B.A、B之间的高度差很快消逝．在这种状况下，水管中只可能有一个瞬时水流．但若在水池A、B间连一台抽水机，将水池B中的水抽到水池A中，保持A、B之间的高度差，从而在水管中就有持续的水流了．
图2－2－1
(2)电源：如图2－2－2所示，电源在电路中的作用相当于抽水机的作用，它能不断地将流到负极的正电荷，在电源内部通过非静电力做功再搬运到正极，从而保持正负极有稳定的电势差，维持电路中有持续的电流．
图2－2－2
2．能量转化比较
(1)当水由A池流向B池时重力做正功，削减的重力势能转化为其他形式的能；
(2)在电源外部，电场力对正电荷做正功，削减的电势能转化为其他形式的能；
(3)当抽水机将B中的水抽到A中的过程中，要克服水的重力做功，将其他形式的能转化为水的势能；
(4)在电源内部，要靠非静电力作用于正电荷克服电场力做功，将其他形式的能转化为电荷的电势能．
第3步 例证——典例印证，思维深化
以下说法中正确的是( )
A．在外电路和电源内部，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削减
C．在电源内部，正电荷能从负极到达正极是由于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，电势能减小；非静电力移动电荷做功，电势能增加
【思路点拨】 对于闭合电路，电源内部，非静电力做功，将其他能转化为电能，在电源外部静电力做功将电能转化为其他能．
【解析】 在电源内部和外部都存在着由正极指向负极的电场，在电源外部，正电荷受静电力作用，能不断地定向移动形成电流，此过程静电力做正功使电荷的电势能削减，在电源内部，正电荷受静电力方向与移动方向相反，静电力不能使正电荷定向移动，而非静电力使正电荷由负极移动到正极，克服静电力做功，使电荷的电势能增加，故D正确．
【答案】 D
静电力与非静电力做功的区分
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．
第4步 巧练——精选习题，落实强化
1．(多选)关于电源的作用，下列说法中正确的是( )
A．在电源内部把电子从负极搬运到正极
B．在电源内部把电子从正极搬运到负极
C．把电能转化为其他形式的能
D．把其他形式的能转化为电能
【解析】 在电源内部是非静电力驱使电子从正极流向负极做正功，静电力做负功，A错误，B正确；从能量守恒的角度看，电源内部把其他形式的能转化为电能，C错误，D正确．
【答案】 BD
2．(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，电源依靠库仑力搬运电荷
D．电源就是产生电荷的装置
【解析】 电源是将其他形式的能转化为电能的装置，A对；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对C错；电源能够不断移动电荷，不能产生电荷，D错．
【答案】 AB
同学分组探究二 对电动势的理解(深化理解)
第1步 探究——分层设问，破解疑难
1．非静电力做功越多，电动势越大吗？
2．电动势与移送电荷的多少有关吗？
第2步 结论——自我总结，素能培育
1．概念理解
(1)不同电源的电动势不同：
对于不同电源，电动势不同，表示将其他形式的能转化为电能的本事不同，其实质是非静电力做功的本事不同，即把相同数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极，非静电力做功的多少不同．
例如，蓄电池的电动势为2 V，表示在蓄电池内移送1 C的电荷时，可以将2 J的化学能转化为电能，而干电池电动势为1.5 V，表示在干电池内移送1 C的电荷时可将1.5 J的化学能转化为电能．
2．E＝的理解
公式E＝是电动势的定义式而不是打算式，E的大小与W和q无关，是由电源自身的性质打算的．
3．电动势E是标量
为了争辩问题便利，规定电动势的方向为电源内部电流方向，即由电源负极指向正极，但电动势是标量．
第3步 例证——典例印证，思维深化
铅蓄电池的电动势为2 V，一节干电池的电动势为1.5 V，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0.1 A和0.2 A．试求两个电路都工作20 s，电源所消耗的化学能分别为多少？哪一个把化学能转化为电能的本事更大？
【思路点拨】 由能量守恒可知，消耗的化学能与电能的增加量相等(等于静电力做功的确定值)．
【解析】 对于铅蓄电池所在电路，20 s时间内通过的电荷量q1＝I1t＝2 C；对于干电池所在电路，20 s时间内通过的电荷量q2＝I2t＝4 C.
由电动势定义式E＝，可得，电源消耗的化学能分别为W1＝q1E1＝4 J，W2＝q2E2＝6 J.
由于E1>E2，故铅蓄电池把化学能转化为电能的本事大．电动势表征电源的转化本事．
【答案】 4 J 6 J 铅蓄电池
在外电路中，静电力(电场力)做功将电能转化为其它形式的能．在内电路中，非静电力将其它形式的能转化为电能 .在整个回路中，两力做功相等．
第4步 巧练——精选习题，落实强化
3．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全都，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打算式，电动势的大小由电源内非静电力的特性打算
【解析】 电动势的关系式E＝W/q是比值定义式而非打算式，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全都，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；D选项正确．
【答案】 D
4．一台发电机用0.5 A的电流向外输电，在2 min内有1800 J的机械能转化为电势能，则发电机的电动势为( )
A．6 V B．30 V
C．120 V D．12 V
【解析】 发电机是电源，将机械能转化为电势能．在2 min内它消耗了1800 J的机械能，转化为电势能，据此，可建立能量守恒方程：W＝IEt，所以E＝＝ V＝30 V．故选项B正确．
【答案】 B
电动势E＝与电势差U＝的比较
电动势E＝：W为非静电力将正电荷从负极经内电路移到正极所做的功，数值上等于该过程中消耗电源的化学能(或其他形式能)；E为电源电动势，在数值上等于电源移动单位正电荷消耗的化学能(或其他形式能)，其大小反映了电源把其他形式能转化为电能的本事．
电势差U＝：W为电荷在电场中从一点移到另一点过程中电场力做的功，数值上等于电荷电势能的变化量：电势差U在数值上等于在电场中移动单位电荷电势能的变化量，反映把电势能转化为其他形式能的本事．电动势表征电源的性质，电势差表征电场的性质．
有关电压与电动势的说法中正确的是( )
A．电压与电动势的单位都是伏特，所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法
B．电动势就是电源两极间的电压
C．电动势公式E＝中的W与电压U＝中的W是一样的，都是电场力做的功
D．电动势与电压从能量转化的角度来说有本质的区分
【解析】 只有电路开路时，电动势才等于电源两端的电压值，对于E＝及U＝，前者表示非静电力做的功；后者表示电场力做的功，电动势和电压的意义不同，电动势反映电源把其他形式的能转化为电能的本事，而电压反映把电能转化成其他形式能的本事．综上所述，选项D正确．
【答案】 D
[易错分析] 本题易错选项及错误缘由如下：
易错项
错因分析
A
由于电压与电动势的单位相同，就误认为两者是同一物理量，生疏片面，没有认清、理解两概念的本质
B
电动势在数值上等于电路断开时，电源两极间的电压，但电路不断开时，两者不等，且在电路断开时，两者仅仅在数值上相等，也不是完全相同
C
对两公式中的W理解不够，实际上公式E＝中的W为非静电力做的功，而U＝中的W为电场力做的功
——[再演练应用]———————————————
下列说法中正确的是( )
A．电源的电动势实质上就是电源两极间的电压
B．电源的电动势在数值上等于两极间的电压
C．电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区分
D．电动势越大，电源两极间的电压确定越高
【解析】 电动势与电压有本质的区分，二者单位相同．只有电源与外电路断开时，两极间的电压在数值上才与电动势相等．
【答案】 C
课时作业(十一) 电动势
[全员参与·基础练]
1．关于电源的说法，正确的是( )
A．电源向外供应的电能越多，表明电动势越大
B．电动势表示电源将单位正电荷从负极移到正极时，非静电力做的功
C．在电源内部，从正极到负极电势渐渐上升
D．在电源外部，从正极到负极电势渐渐上升
【解析】 电源是把其他形式的能转化为电能的装置．在电源内部，非静电力做功，使电源正极电势高于负极电势；在电源外部静电力做功，正极电势高于负极电势．电源供应的电能E电＝qE，既与电动势E有关，又与电荷量q有关，B选项正确．
【答案】 B
2．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打算于( )
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
【解析】 单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周，释放的总能量，就是电源供应应它的电能，在数值上等于电源的电动势，故选A.
【答案】 A
3．下列说法错误的是( )
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
【解析】 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，而在内部电路中，正电荷由负极流向正极，因电场力与正电荷移动方向相反，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．
【答案】 A
4．(多选)有关电动势的说法中正确的是( )
A．电源的电动势等于内、外电路电势降之和
B．电源供应的电能越多，电源的电动势越大
C．当外电路断开时，电源的路端电压与电源电动势相等
D．当电路中通过1库仑电量时，电源消耗的其他形式能的数值等于电源电动势的值
【解析】 外电路断路时U＝E，C对．通路时E＝U内＋U外，A对．电动势E表示通过1 C电量电源将其他形式能转化为电能的多少，D对．电动势越大，表示电源非静电力做功本事大，但供应电能不愿定多，B错．
【答案】 ACD
图2－2－3
5．(多选)如图2－2－3所示，这是一种化学原电池，电路中电流计可以测出电流的方向，设测得外电路的电流方向如图所示，其中两金属板分别为锌板和铜板，电解槽中的电解液为硫酸铜，试分析下列说法中正确的是( )
A．A是铜片，B是锌片
B．A是锌片，B是铜片
C．A端是电源的正极，B端是电源的负极
D．该种电池能把化学能转化为电能
【解析】 由电流方向我们可以知道电源的正极为A，负极为B，首先选出C项．哪种金属失去电子即为该电池的负极，由于锌的化学性质活泼，因此，锌板为负极，所以A为铜板，B为锌板，可选出A项．在反应过程中，电池将化学能转化为电能．
【答案】 ACD
6．(多选)关于电源的电动势，下面说法正确的是( )
A．电动势是表征电源把其他形式的能转化为电势能本事的物理量
B．电动势在数值上等于电路中通过1 C电荷量时电源供应的能量
C．电源的电动势跟电源的体积有关，跟外电路有关
D．电动势有方向，因此电动势是矢量
【解析】 由电动势的物理意义可知，电动势是表征电源把其他形式的能转化为电势能本事的物理量，它在数值上等于电源没有接入电路时其两极间的电压，也等于电路中通过1 C电荷量时电源所供应的能量；电动势由电源中非静电力的特性打算，跟电源的大小无关，跟外电路也无关；电动势虽然有方向，但电动势是标量．综上所述，正确选项是A、B.
【答案】 AB
7．(多选)手电筒的两节干电池，已经用了较长时间，小灯泡只能发出很微弱的光，把它们取出来，用电压表测电压，电压表示数很接近3 V，再把它们作为一个电子钟的电源，电子钟能正常工作．下列说法正确的是( )
A．这两节干电池的电动势减小了很多
B．这两节干电池的内电阻增加较大
C．这台电子钟的额定电压确定比手电筒里的小灯泡额定电压小
D．这台电子钟正常工作时的电流确定比手电筒里的小灯泡正常工作时的电流小
【解析】 旧电池与新电池相比较，电动势几乎不变，但内阻增大很多，A错B对；新旧电池均能使电子钟正常工作，虽然电池内阻变化，但输出电压几乎不变，只能是电子钟电阻很大，额定电流很小，故C错D对．
【答案】 BD
8．某柴油发电机工作时，电流为5 A，经过2 min时间，发电机产生电能为1.32×105 J，则该发电机的电动势为( )
A．1100 V B．550 V
C．220 V D．110 V
【解析】 此段时间通过电量为q＝600 C，由E＝W/q即得．
【答案】 C
[超越自我·提升练]
9．(多选)(如图2－2－4为伏打电池示意图，由于化学反应，在A、B两电极四周产生了很薄的两个带电接触层a、b.沿电流方向绕电路一周，非静电力做功的区域是( )
图2－2－4
A．R B．b
C．r D．a
【解析】 非静电力的作用是在电源内部把正电荷(电子)由负(正)极拉向正(负)极，所以非静电力做功的区域是带电层四周的a、b，而不是电路中，故B 、D正确．
【答案】 BD
10．某品牌的MP3使用的电源是一节7号干电池，当它正常工作时，其工作电流为0.3 A .某同学在一次使用该MP3时，若他用了10 s，则这段时间内电池将多少化学能转化为电能？
【解析】 已知工作电流I＝0.3 A,10 s时间内通过导体横截面的电荷量q＝It＝0.3×10 C＝3 C．7号干电池电动势为1.5 V．则依据能量守恒定律，电池将化学能转化为电能的量等于非静电力移动电荷所做的功：W＝qE＝3×1.5 J＝4.5 J.
【答案】 4.5 J
11．电池的容量也是电池的一个重要参数，电池的容量就是电池放电时能输出的总电荷量，通常用安培小时(A·h)或毫安小时(mA·h)做单位．一节新的一般国产5号干电池，电动势为1.5 V．作放电试验时，用0.3 A的放电电流，每天放电5 min，累计可放电15天，此后基本失效，上述干电池用于石英电子钟，可使钟走动一年时间．试估算该干电池的容量及石英电子钟的平均工作电流．
【解析】 干电池用0.3 A放电的时间共为75 min＝1.25 h，电池的容量为q＝It＝0.3×1.25 A·h＝0.375 A·h，石英电子钟的平均工作电流为I＝＝ A＝4.3×10－5 A.
【答案】 0.375 A·h 4.3×10－5 A
12．将电动势为3.0 V的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为 2.4 V，当电路中有6 C的电荷流过时，求：
(1)有多少其他形式的能转化为电能．
(2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能．
(3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能．
【解析】 (1)W＝Eq＝3×6 J＝18 J
电源中共有18 J其他形式的能转化为电能．
(2)W1＝U1q＝2.4×6 J＝14.4 J
外电路中共有14.4 J电能转化为其他形式的能．
(3)内电压U2＝E－U1＝3 V－2.4 V＝0.6 V
∴W2＝U2q＝0.6×6 J＝3.6 J
内电路中共有3.6 J电能转化为其他形式的能．也可由能量守恒求出：W2＝W－W1＝3.6 J.
【答案】 (1)18 J (2)14.4 J (3)3.6 J
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