2016新课标创新人教物理选修3-1 第二章 第2节 电动势

一、电源在电路中的作用┄┄┄┄┄┄┄┄①1．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，使电荷的电势能增加。

(2)在电池中，非静电力是化学作用，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，它使机械能转化为电势能。

2．电源(1)定义：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)不同的电源，非静电力做功的本领不同，这是由电源本身性质决定的。

[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。

①[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┄┄┄┄┄┄┄┄②1．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功跟被搬运的电荷量的比值叫电源的电动势。

(2)公式：E ＝W q。

(3)单位：伏特，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电能的本领，电动势大，表示电源的转化本领大。

(5)大小：从做功角度，其数值等于非静电力把1C 的正电荷在电源内部从负极搬运到正极所做的功。

(6)方向：电动势是标量，为研究问题方便，规定其方向为电源内部电流的方向，即由电源负极指向正极。

(7)电动势的决定因素：电动势是电源的属性，大小完全由电源本身决定，与电源的体积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：电源的内部也是由导体组成的，所以也有电阻，这个电阻叫做电源的内阻，内阻与电动势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总电荷量，通常以安培时(A·h)或毫安时(mA·h)作单位。

②特点：电池的容量与放电状态有关，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，体积越大，电池的容量越大，电池的内阻越小。

[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1 C 正电荷在电源内从负极搬运到正极所做的功，也就是1 C 的正电荷所增加的电势能。

(2)公式E ＝W q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。

②[填一填]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 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。

解析：对于铅蓄电池的电路，20 s 时间内通过的电荷量为q 1＝I 1t ＝2 C ；对于干电池的电路，20 s 时间内通过的电荷量为q 2＝I 2t ＝4 C 。

由电动势的定义式E ＝W q得电源消耗的化学能分别为W 1＝q 1E 1＝4 J ，W 2＝q 2E 2＝6 J 。

因为E 1>E 2，故铅蓄电池把化学能转化为电能的本领更大。

答案：4 J 6 J 铅蓄电池[典型例题]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[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[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。

[即时巩固]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。

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＝r n。

[注意](1)电动势E ＝W q 与U ＝W 电q 及电场强度E ＝F q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。

[典型例题]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[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[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 ＝W q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。

[即时巩固]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1 C 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。

[典型例题]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 ．4.2 V 9.07×103 JB ．3.7 V 9.07×103 JC ．4.2 V 7.99×103 JD ．3.7 V 7.99×103 J[解析] 由铭牌可知，该电池的电动势E ＝3.7 V ，储存总电荷量Q ＝600 mA·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 ＝600×10－3×3600×3.7 J ≈7.99×103 J ，D 正确。

[答案] D[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。

[即时巩固]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0.03 A ，则最多可工作多少个小时？解析：(1)由题表中数据可看出进口电池的电动势为1.2 V 。

(2)国产电池可放出的电荷量为600 mA·h ，则q ＝600×10－3×3 600 C ＝2 160 C由q ＝It 得t ＝q I ＝2 1600.03s ＝72 000 s ＝20 h 答案：(1)1.2 V (2)600 mA·h(或2 160 C) 20 h1．[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．铅蓄电池的电动势为2 V ，下列说法错误的是( )A ．电路中每通过1 C 电荷量，电源把2 J 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2 VC ．铅蓄电池在1 s 内将2 J 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1.5 V)的大解析：选C 根据电动势的定义E ＝W q，非静电力移动1 C 电荷量所做的功W ＝qE ＝1×2 J ＝2 J ，由功能关系可知有2 J 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 ＝E 电能q ，而E 电能＝W ，所以U ＝E ＝W q＝2 V ，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＝2 V>E 干电池＝1.5 V ，D 正确。