高中物理学案电动势.docx
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高中物理学案电动势
高中物理学案：
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＝
.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＝
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）（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“1.5V”字样,有的标有“3.7V”字样.
如果把1C的正电荷从1.5V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1C的正电荷从3.7V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1C的正电荷从1.5V干电池的负极移到正极,电势能增加了1.5J,非静电力做功1.5J；从3.7V手机电池的负极移到正极,电势能增加了3.7J,非静电力做功3.7J.3.7V手机电池做功本领大.
1.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1C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
干电池
铅蓄电池
锂电池
锌汞电池
1.5V
2V
3～4.2V
1.2V
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）（上饶市高二期末）一组铅蓄电池的电动势为4.8V,内阻不为零,以下说法中正确的是（ ）
A.电路中每通过1C电荷量,铅蓄电池能把4.8J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1C电荷量,铅蓄电池内部非静电力做功为4.8J
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1.5V）的强
答案 ACD
解析 由W＝Eq可知,电路中每通过1C的电荷量时,电池将4.8J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1C的电荷量,电池内部非静电力做功为W＝Eq＝4.8J,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3V的电源接入电路中,测得电源两极间的电压为2.4V,当电路中有6C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.
答案
（1）18J
（2）14.4J （3）3.6J
解析
（1）W＝Eq＝3×6J＝18J,电源中共有18J其他形式的能转化为电能.
（2）W1＝U1q＝2.4×6J＝14.4J,外电路中共有14.4J的电能转化为其他形式的能.
（3）W2＝W－W1＝3.6J,内电路中有3.6J电能转化为其他形式的能.
[学科素养] 通过例3和例4理解电源电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量,理解E＝
的物理意义,并能进行简单运算,体现了“物理观念”的学科素养.
1.（对电源与非静电力做功的理解）（多选）下列说法中正确的是（ ）
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,负电荷靠静电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.在干电池中,靠化学作用使化学能转化为电势能
答案 BCD
2.（对电动势的理解）（多选）（南阳一中高二月考）下列关于电源和电动势的说法中正确的是（ ）
A.电动势就是电势差,也叫电压
B.电动势大的电源,其内部非静电力做功不一定多
C.在外电路中和电源内部,因为正电荷都受静电力作用,所以能不断定向移动形成电流
D.电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移到正极所做的功
答案 BD
解析 电动势反映电源把其他形式的能转化为电能的本领的强弱,与电势差的定义不相同,A错误；电动势大的电源,其内部非静电力在移动相同电荷量时做功多,并不是电动势大的电源,其内部非静电力做功就多,B正确；在电源内部同时存在静电力和非静电力,正电荷能从负极到正极是因为非静电力大于静电力,C错误；根据电动势的定义式E＝
可知,D正确.
3.（对电动势的理解）（多选）（佛山市高二期末）图2甲是手机用锂电池,图乙是某型号超级电容器,两者的内阻均不计.如果将充满电的甲和乙的电量完全放完,甲可以释放电荷量Q1,同时对外做功W1；乙可以释放电荷量Q2,同时对外做功W2.则以下关系正确的是（ ）
图2
A.Q1>Q2B.Q1C.W1>W2D.W1答案 BD
解析 手机锂电池放电的电荷量Q1＝It＝2000mA·h＝7200C,电容器的放电电荷量Q2＝CU＝4000×2.7C＝10800C,比较可得Q14.（公式E＝
的理解和应用）有一铅蓄电池,在其内部将2×10－5C的电子从正极移到负极需要3×10－2s的时间,此过程中非静电力做功为4×10－5J,则该铅蓄电池的电动势是多少？
给一小灯泡供电,供电电流是0.2A,供电10min,非静电力做功是多少？
答案 2V 240J
解析 电动势E＝
＝
V＝2V
非静电力做的功W＝Eq＝EIt＝2×0.2×60×10J＝240J.
一、选择题
考点一 对电动势的理解
1.（日照市期末）在不同的电源中,非静电力做功的本领也不相同,物理学中用电动势来表明电源的这种特性.下列关于电动势的说法正确的是（ ）
A.电动势是一种非静电力
B.电动势由电源中非静电力的特性决定
C.电动势越大的电源中,储存的电能越多
D.电动势越大,说明电源向外输出的电能越多
答案 B
2.（多选）关于电源电动势E的下列说法中正确的是（ ）
A.电动势E的单位与电势、电势差的单位相同,都是伏特V
B.干电池和铅蓄电池的电动势是不同的
C.电动势E可表示为E＝
可知电源内非静电力做功越多,电动势越大
D.电动势越大,表示电源内部将其他形式能转化为电能的本领越大
答案 ABD
解析 电动势E的单位与电势、电势差的单位相同,都是伏特,故A正确；干电池的电动势为1.5V,而铅蓄电池的电动势是2V,故B正确；电动势E可表示为E＝
可知电源内非静电力移送单位正电荷做功越多,电动势越大,选项C错误；电动势表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小,电动势越大,表示电源内部将其他形式的能转化为电能的本领越大,选项D正确.
3.关于电源电动势,下列说法正确的是（ ）
A.同一电源接入不同的电路中,电动势会发生变化
B.1号1.5V干电池比7号1.5V干电池体积大,但电动势相同
C.电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领大小,电源把其他形式的能转化为电能越多,电动势越大
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
答案 B
解析 电动势由电源中非静电力的特性所决定,与外电路无关,所以同一电源接入不同的电路,电动势不会改变,故A错误.电动势由电源中非静电力的特性所决定,跟电源的体积无关,所以虽然1号干电池比7号干电池体积大,但电动势相同,故B正确.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大小,根据W＝qE可知,电源把其他形式的能转化为电能越多,电动势不一定大,还跟移送电荷的多少有关,故C错误.电动势、电压和电势差物理意义不同,单位相同,故D错误.
4.（多选）如图1所示,为一块手机电池背面印有的一些符号,下列说法正确的是（ ）
图1
A.该电池的容量为500mA·h
B.该电池的电动势为3.6V
C.该电池在工作1小时后达到的电流为500mA
D.若电池充满电后以10mA的电流工作,可用50小时
答案 ABD
解析 电池上的3.6V表示电动势,500mA·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500mA·h＝t×10mA,得t＝50h,所以A、B、D选项正确.
考点二 对公式E＝
的理解和应用
5.（多选）对于电动势的定义式E＝
的理解,正确的是（ ）
A.E与W成正比B.E与q成反比
C.E的大小与W、q无关D.W表示非静电力做的功
答案 CD
6.一台发电机用0.5A的电流向外输电,在1min内将180J的机械能转化为电能,则发电机的电动势为（ ）
A.6VB.360VC.120VD.12V
答案 A
解析 由q＝It得,E＝
＝
＝
V＝6V.
7.（多选）如图2所示是常用在电子手表和小型仪表中的锌汞电池,它的电动势约为1.2V,这表示（ ）
图2
A.电路通过1C的电荷量,电源把1.2J其他形式的能转化为电能
B.电源在每秒内把1.2J其他形式的能转化为电能
C.该电源比电动势为1.5V的干电池做功少
D.该电源与电动势为1.5V的干电池相比,通过1C电荷量时其他形式的能转化为的电能少
答案 AD
二、非选择题
8.国家大力推广节能环保汽车,电动汽车是许多家庭的首选.已知电动汽车的电源是由30组蓄电池串联组成的,当正常行驶时,电路中的电流为5A,在10min内电源做功1.8×105J,则这组蓄电池的总电动势是多少？
每组的电动势为多少？
答案 60V 2V
解析 电源移送电荷量为：
q＝It＝5×10×60C＝3000C,
这组蓄电池的总电动势为：
E＝
＝
V＝60V
每组的电动势为：
E1＝
＝
V＝2V.
9.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,电源所消耗的化学能分别为多少？
哪一个电源把化学能转化为电能的本领更大？
答案 4J 6J 铅蓄电池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,20s内通过的电荷量为q1＝I1t＝2C,对于干电池的电路,20s内通过的电荷量为q2＝I2t＝4C.
由电动势的定义式得电源消耗的化学能分别为
W1＝q1E1＝4J,W2＝q2E2＝6J.
电动势越大,电源把其他形式的能转化为电能的本领越大,故铅蓄电池把化学能转化为电能的本领更大.
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