高中物理第二章恒定电流2电动势学案选修31解析Word文档格式.docx
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[即学即用] 判断下列说法的正误.
（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势能的装置.（×
（4）在电源内部，正电荷能从负极流到正极，是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力.（×
二、电源的参数——电动势和内阻
[导学探究] 日常生活中我们经常接触到各种各样的电源，如图3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.
图3
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 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.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.（填“有关”或“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
1.5V
2V
3V或3.6V
1.2V
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.
（1）电动势在数值上等于一秒内静电力所做的功.（×
（2）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.（×
（3）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.（×
（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内非静电力的特性决定.（√）
一、对电动势的理解
1.电动势的物理意义：
反映电源把其他形式的能（非静电力做功）转化为电能的本领大小，电动势越大，电路中每通过1C电荷量时，电源将其他形式的能转化成电能的数值就越多.
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.常用干电池的电动势为1.5V，意味着将1C正电荷在电池内从负极移送到正极的过程中，有1.5J的化学能转化成了电能.
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.
例1
（多选）关于电动势E的说法中正确的是（ ）
A.电动势E的大小，与非静电力所做的功W的大小成正比，与移送电荷量q的大小成反比
B.电动势E是由电源本身决定的，跟电源的体积和外电路均无关
C.电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量
D.电源的电动势越大，非静电力将正电荷从负极移送到正极的电荷量一定越多
答案 BC
解析 电动势是一个用比值定义的物理量，与这两个相比的项没有关系，而是由电源本身决定的，是表征其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量.电动势大，移送的电荷量不一定多.故选B、C.
例2
一节干电池的电动势为1.5V，这表示（ ）
A.电池中每通过1C的电荷量，该电池能将1.5J的化学能转变成电势能
B.该电池接入电路工作时，电池两极间的电压恒为1.5V
C.该电池存储的电能一定比电动势为1.2V的电池存储的电能多
D.将1C的电子由该电池负极移送到正极的过程中，非静电力做了1.5J的功
答案 A
解析 电动势大小表示电池中每通过1C的电荷量，电池将其他形式的能量转化为电势能本领的大小，并非表示电池内部储存的能量大小，故选项A正确，C错误；
电动势大小等于电池接入电路前两极之间的电压大小，故选项B错误；
电动势为1.5V，表示电池内部非静电力将1C的电子由电源正极移送到负极过程中所做功的大小，故选项D错误.
二、公式E＝
的理解和应用
1.公式E＝
是电动势的定义式，是比值法定义的物理量，E的大小与W、q无关.
2.由公式E＝
变形可知W＝qE，因此若已知电源的电动势和移动电荷的电荷量，就可以计算非静电力做功的大小，即把其他形式的能转化为电能的多少.
例3
由六节干电池（每节的电动势为1.5V）串联组成的电池组，对一电阻供电.电路中的电流为2A，在10s内电源做功为180J，则电池组的电动势为多少？
从计算结果中你能得到什么启示？
答案 9V 串联电池组的总电动势等于各电池的电动势之和
解析 由E＝
及q＝It得
＝
V＝9V＝1.5×
6V
故可得出：
串联电池组的总电动势等于各电池的电动势之和.
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 由电动势的定义可知，在电源内部非静电力每移送1C电荷，有3J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×
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.
电动势E＝
和电压U＝
的区别
是电动势的计算式，其中W为非静电力做的功；
电压U＝
为电压的计算式，其中W为静电力做的功.两者的单位虽然相同，但表示的意义不同；
电动势反映非静电力做功把其他形式的能转化为电能的本领，表征电源的性质；
电压就是电势差，即电路（电场）中两点电势的差值，反映电场能的性质.
1.（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.关于电源电动势，以下说法正确的是（ ）
A.1号干电池比5号干电池大，所以1号干电池的电动势大
B.由电动势E＝
可知E跟W成正比，电源做的功越多，电动势越大
C.由电动势E＝
可知E跟q成反比，电路中移送的电荷量越多，电动势越小
D.电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，也跟外电路无关
答案 D
解析 1号干电池比5号干电池大，但是电动势相等，内阻不相同，故A错误；
电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，也跟外电路无关，与做功以及电荷量也无关，所以B、C错误，D正确.
3.如图4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4
A.电源把1.2J其他形式能转化为电能时电路中需通过1C的电荷量
B.电源在单位时间内可以把1.2J其他形式能转化为电能
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电荷量时转化的电能多
4.一台发电机用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.360V
C.120VD.12V
解析 q＝It，E＝
V＝6V.
一、选择题（1题为单选题，2～6题为多选题）
1.下列说法中正确的是（ ）
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
2.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，电势能增加
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把正电荷从负极向正极移动时，单位电荷量做功越多
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到正极时，移送的电荷量越多
答案 AC
解析 电源是将其他形式的能转化为电势能的装置，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，电势能就增加，因此选项A正确.电源的电动势是反映电源内部其他形式的能转化为电势能本领的物理量.电动势在数值上等于移送单位电荷量的正电荷所做的功，不能说非静电力做功越多，电动势越大，也不能说电动势越大，移送的电荷量越多，所以选项C正确，选项B、D错误.
3.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相类比
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
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，可类比人抛球对球做功，球重力势能增加，故B、C正确.
4.下列说法中正确的是（ ）
A.同一型号干电池，旧电池比新电池的电动势小，内阻大，容量小
B.电源电动势E与通过电源的电流I的乘积EI表示电源内非静电力的功率
C.1号干电池比5号干电池的电动势小，容量大
D.当通过同样的电荷量时，电动势为2V的蓄电池比电动势为1.5V的干电池提供的电能多
答案 AD
解析 同种型号的旧电池比新电池的电动势略小，内阻略大.但不同型号的干电池相比较，电动势相同而容量不同，故选项A正确，选项C错误；
电动势是表征电源把其他形式的能转化为电势能的本领的物理量，它等于非静电力移送单位电荷量所做的功，非静电力功率的表达式为EI，故选项B错误，选项D正确.
5.太阳能电池已经越来越多地应用于我们生活中，有些太阳帽前安装的小风扇就是靠太阳能电池供电的.可以测得某太阳能电池可产生0.6V的电动势，这表示（ ）
A.电路中每通过1C电荷量，太阳能电池把0.6J的太阳能转变为电能
B.无论接不接入外电路，太阳能电池两极间的电压都为0.6V
C.太阳能电池在1s内将0.6J的太阳能转变为电能
D.太阳能电池将太阳能转化为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5V）将化学能转化为电能的本领小
解析 电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷从电源内部的负极移到正极所做的功，即把太阳能转化为电能的多少，而不是在1s内转变的电能.电动势越大，将其他形式的能转化为电能的本领越大.故A、D对，C错；
电源在不接入电路时，两极间的电压大小等于电动势大小，故B错.
6.如图2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（ ）
图2
A.该电池的容量为500mA·
h
B.该电池的电动势为3.6V，内阻为0
C.该电池在工作时的电流为500mA
D.若电池以10mA的电流工作，可用50小时
解析 电池上的3.6V表示电动势，但该电池的内阻不为零，故B错；
该电池在工作时的电流很小，远小于500mA，故C错；
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、D选项正确.
二、非选择题
7.有一铅蓄电池，当移动1C电荷时非静电力做功是2J，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 由电动势公式E＝
V＝2V，所以电动势为2V.由E＝
变形得到W＝qE，q＝It，
所以W＝ItE＝0.2×
10×
60×
2J＝240J，
所以供电10min，非静电力做功为240J.
8.近年来，国产手机在手机市场上占有的份额越来越大.如图3所示是某公司生产的一块手机电池外壳上的文字说明.
（1）该电池的电动势是多少？
（2）该手机待机状态下的平均工作电流是多少？
（3）每次完全放电过程中，该电池将多少其他形式的能转化为电能？
答案
（1）3.7V
（2）14.58mA （3）9324J
解析
（1）由题图可以读得该电池的电动势为3.7V.
（2）由题图知该电池的容量为700mA·
h，所以I＝
≈14.58mA.
（3）转化的电能为ΔE电＝W＝E·
q
＝3.7×
700×
10－3×
3600J＝9324J.
9.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×
60C＝3000C，
这组蓄电池的总电动势为：
V＝60V
每组的电动势为：
E1＝
V＝2V.
10.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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