2019_2020版高中物理第二章恒定电流2电动势教案新人教版

2 电动势

[学科素养与目标要求]

物理观念：1.知道什么是电源，了解电路中静电力和非静电力做功与能量转化的关系.2.知道电动势的定义式.3.了解电源的内阻．

科学探究：收集信息，了解各种型号的电源、电池，知道同一种类的电池电动势相同，但内阻和容量不同．

科学思维：通过类比的方法使学生加深对电源及电动势概念的理解，会用电动势的定义式进行简单计算．

一、电源与非静电力做功

1．非静电力的作用：把正电荷从负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，使电荷的电势能增加．

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)能量转化：在电源内部，非静电力做正功，其他形式的能转化为电势能，在电源外部，电场力做正功，电势能转化为其他形式的能．

二、电动势和内阻

1．电动势

(1)电动势：在电源内部，非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W 与被移送电荷q 的比值．

(2)定义式：E ＝W q

.单位：伏特(V)．

(3)物理意义：反映电源非静电力做功本领大小的物理量．

(4)决定因素：由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路无关．

2．内阻：电源内部导体的电阻．

判断下列说法的正误．

(1)在电源内部，正电荷向正极移动过程中，电场力做负功，电荷电势能增加．(√)

(2)所有的电源，均是将化学能转化为电势能的装置．(×)

(3)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．(×)

(4)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中非静电力的特性决定．(√)

一、电源 非静电力

(1)如图所示，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，A 、B 之间的高度差很快消失．在这个过程中，水管中只有一个短暂水流．怎样才能保持A 、B 之间稳定的高度差，在A 、B 之间形成持续的水流呢？

(2)如图所示，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．电源是通过什么力做功实现这个功能的？

(3)对比上述抽水过程和电荷在电路中的运动，分析它们的能量转化情况．

答案 (1)需要加一个抽水机，把水池B 中的水抽到水池A 中．

(2)通过非静电力做功．

(3)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；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；②在抽水机将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重力势能；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．

1．非静电力：电源内使正、负电荷分离，并使正电荷聚积到电源正极、负电荷聚积到电源负极的非静电性质的作用力，是对除静电力外能对电荷流动起作用的其他力的统称．

2．来源

(1)在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能．

(2)在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能．

3．功能关系：非静电力总是克服静电力做功，非静电力做功的过程就是将其他形式的能转化为电能的过程．做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能．

例1(多选)(2017·启东中学高一下期末考试)以下关于电源的说法中正确的是( ) A．电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流

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

C．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小

D．静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加

答案AD

解析电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流，故A正确；

在电源内部既存在非静电力，又存在静电力，故B错误；

静电力与非静电力都可以使电荷移动，静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加，故C错误，D正确．

例2(多选)电池给灯泡供电与人将球抛出在能量转化方面有相似之处，我们可以将电势能类比于重力势能，如图1所示，下列说法正确的是( )

图1

A．可以将电流通过灯泡时电流做功与抛球时人对球做功类比

B．可以将电池的非静电力做功与抛球时人对球做功类比

C．可以将电流通过灯泡时电流做功与重力对球做功类比

D．可以将电池的非静电力做功与重力对球做功类比

答案BC

解析将电势能类比重力势能，电流通过灯泡做功，电势能减少，可类比重力做功，重力势能减少．非静电力做功，电势能增加，可类比抛球时人对球做功，球重力势能增加，故B、C 正确．

二、对电动势的理解

日常生活中我们经常接触到各种各样的电源，如图所示的干电池、手机电池，它们有的标有“1.5 V”字样，有的标有“3.7 V”字样．

如果把1 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，电荷的电势能增加了多少？非静电力

做了多少功？如果把1 C 的正电荷从3.7 V 的手机电池的负极移到正极呢？哪个电池做功本领大？

答案 把1 C 的正电荷从1.5 V 干电池的负极移到正极，电势能增加了1.5 J ，非静电力做功

1.5 J ；从3.7 V 手机电池的负极移到正极，电势能增加了3.7 J ，非静电力做功3.7 J ．3.7 V 手机电池做功本领大．

1．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，表示电源将其他形式的能转化为电能的本领不同．

2．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．

3．电动势是标量，但为研究问题的方便，常认为其有方向，规定其方向为电源内部电流的方向，即在电源内部由电源负极指向正极．

4．常用电池的电动势

5.容量：电池放电时能输出的总电荷量，其单位是：A·h 或mA·h.

例3 (多选)(2018·上饶市高二期末)一组铅蓄电池的电动势为4.8 V ，内阻不为零，以下说法中正确的是( )

A ．电路中每通过1 C 电荷量，铅蓄电池能把4.8 J 的化学能转变为电能

B ．体积大的铅蓄电池比体积小的铅蓄电池的电动势大

C ．电路中每通过1 C 电荷量，铅蓄电池内部非静电力做功为4.8 J

D ．该铅蓄电池把其他形式能转化为电能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)的强 答案 ACD

解析 由W ＝Eq 可知，电路中每通过1 C 的电荷量时，电池将4.8 J 的化学能转化为电能，故A 正确；电池的电动势只与电池的性质有关，与体积无关，故B 错误；电路中每通过1 C 的电荷量，电池内部非静电力做功为W ＝Eq ＝4.8 J ，故C 正确；电动势反映电源将其他形式的能转化为电能的本领，故D 正确．

例4 将电动势为3 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．