2020_2021学年高中物理第二章恒定电流2电动势学案新人教版选修3_1

2　电动势
1．电源
电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置．
2．电动势
(1)定义：在电源内部从负极到正极移送正电荷非静电力所做的功W跟被移送的电荷量q的比值叫做电源的电动势．
(2)公式：E＝，电动势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．
(3)单位：在国际单位制中为伏特，简称伏，符号为V.
(4)标量：电动势只有大小，没有方向．但电源有正、负极．
(5)物理意义：描述电源把其他形式的能转化为电势能本领的物理量．
电源的电动势会因为外接电路的改变而改变吗？
提示：不会．
3．电源的内阻
电源内部的导体所具有的电阻叫做电源的内阻．
电源工作时，当1
C正电荷在电源内从负极移送到正极，电源消耗(释放)能量的多少取决于什么？
提示：取决于电源电动势的大小，电动势大则电源消耗的能量就多，反之则少．
考点一　　　　　　对非静电力做功的理解
1．模型类比
(1)抽水机：如下图，水池A、B的水面有一定的高度差，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失．在这种情况下，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．
(2)电源：如下图所示，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．
2．能量转化比较
(1)当水由A池流向B池时重力做正功，减少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，减少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．
【例1】　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．
电源通过非静电力做功，将其他形式的能转化为电能，故W＝Eq，E为电动势；外电路中电流做的功W1＝U1q，电能转化为其他形式的能；内电路中电流做的功W2＝U2q，电能转化为其他形式的能，U1＋U2＝E.
【答案】　(1)18
J　(2)14.4
J　(3)3.6
J
【解析】　由电动势的定义可知，在电源内部非静电力每移送1
C电荷，有3
J其他形式的能转化为电能．也可认为在电源中，非静电力移送电荷做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能；在电路中，静电力移送电荷做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．
(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，所以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.
总结提能
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，不能只认为静电力只在外电路做功，因电源有内阻，在内电路上部分电能转化为内能，这要通过静电力做功来实现转化．
下列说法正确的是(　D　)
A．在外电路中和电源内部，正电荷都受静电力的作用，所以能不断定向移动形成电流
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移动到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
解析：在电源内部，既存在静电力，也存在非静电力，静电力的作用是使电荷电势能减少，非静电力的作用是使正电荷从负极搬运到正极，完成了整个回路中电荷的定向移动，同时使电荷的电势能增加，D项正确．
考点二　　　　　　对电动势的理解
1．概念理解
(1)在不同电源中，非静电力做功的本领不同，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，电动势大小也不同．
(2)电动势E是标量，为了研究问题方便，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．
(3)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2
V，表明在蓄电池内移送1
C的电荷时，可以将2
J的化学能转化为电能．
(4)电动势的大小：等于在电源的内部从负极到正极移送单位正电荷非静电力做功的数值．一定要注意必须是“单位正电荷”，而不是“任意电荷”．
2．电动势和电压的区别与联系
【例2】　(多选)关于电动势下列说法中正确的是(　　)
A．在电源内部把正电荷从负极移到正极，非静电力做功，电能增加
B．对于给定的电源，移动正电荷非静电力做功越多，电动势就越大
C．电动势越大，说明非静电力在电源内部从负极向正极移送单位电荷量做的功越多
D．电动势越大，说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多
在电源内部，通过非静电力做功，把正电荷从负极移到正极，电荷的电势能增加，电动势代表了非静电力做功的本领，它等于非静电力将单位正电荷从负极移到正极所做的功．
【答案】　AC
【解析】　电源是将其他形式的能量转化为电能的装置，是通过电源内部的非静电力做功来完成的，所以非静电力做功，电能就增加，因此A正确；电源电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量．电动势在数值上等于移送单位电荷量的电荷所做的功，不能说电动势越大，非静电力做功越多，也不能说电动势越大，移送的电荷量越多，所以C正确，B、D错误．
下列说法中正确的是(　C　)
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别
D．电动势越大，电源两极间的电压一定越高
解析：电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量，而电压是电场中两点间的电势差，电动势与电压有着本质的区别，所以A选项错，C选项对，当电源开路时，两极间的电压在数值上等于电源的电动势，但在闭合电路中，电源两极间的电压(路端电压)随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小，当电源短路时，R外＝0，这时路端电压为零，所以B、D选项错．
1．(多选)关于电源，下列说法中正确的是(　AB　)
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
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．
2．关于电源电动势，下列说法中正确的是(　C　)
A．同一电源接入不同的电路，电动势会发生改变
B．电源电动势就是电源两极间的电压
C．电源电动势表征电源把其他形式的能转化为电能的本领，与是否接有外电路无关
D．电源电动势与电压是一回事
解析：电动势是电源本身的特征，与外电路无关，数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压，但电动势与电压有本质的区别，故A、B、D错误，C正确．
3．第56届日本电池大会上华为发布了5分钟即可充满3
000
mA·h电池50%电量的快充技术成果，引起业界广泛关注．如图所示为华为某智能手机电池上的信息，支持低压大电流充电，则(　B　)
A．4.35
V表示该电池的电动势
B．该电池充满电后以100
mA的电流工作时，可连续工作30小时
C．11.4
W·h表示该电池能提供的电荷量
D．3
000
mA·h表示该电池能提供的电能
解析：4.35
V为充电电压，不是该电池的电动势，故A错误；该电池充满电后以100
mA的电流工作时，可连续工作t＝＝30
h，故B正确；11.4
W·h为电池的充电电能，不是该电池的电荷量，故C错误；mA·h为电荷量的单位，所以3
000
mA·h表示该电池能提供的电荷量，故D错误．所以B正确，A、C、D错误．
4．(多选)如图为一块手机电池的背面印有的一些符号，下列说法正确的是(　ABD　)
A．该电池的容量为500
mA·h
B．该电池的电动势为3.6
V
C．该电池在工作1小时后达到的电流为500
mA
D．若电池以10
mA的电流工作，可用50小时
解析：电池上的3.6
V表示电动势，500
mA·h表示电荷容量，可以由电荷容量计算在一定放电电流下使用的时间，由500
mA·h＝t×10
mA，得t＝50
h，所以A、B、D选项正确．
5．某实验中学的科技小组在实验室用发电机完成了模拟雷电的实验．假设在某次操作中发电机产生的瞬时高压为2.5×107
V，放电装置间产生的等效电流为2.0×105
A，该放电过程持续的时间为1×10－3
s.
(1)如果在整个过程中发生定向移动的电荷为自由电子，则这次放电为额定电流为0.5
A的小灯泡供电，小灯泡发光的时间多长？
(2)该过程中产生的电能为多少？
答案：(1)400
s　(2)5×109
J
解析：(1)根据电流的定义式I＝，
可得q＝It＝2×105
A×1×10－3
s＝200
C，
供电时间t′＝＝
s＝400
s.
(2)这次闪电释放的电能为W＝qU＝200×2.5×107
J＝5×109
J.
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