高中物理 第二章 恒定电流 第二节 电动势课堂探究学案 新人教版选修3-1

2电动势课堂探究探究一 对非静电力做功的理解问题导引电源的种类比较多，干电池、蓄电池、充电锂电池、发电机等都是电源，请思考：（1）在内、外电路中，正电荷的移动方向各是怎样的？“搬运”电荷的作用力各是什么力？（2）从能量转化的角度看，电源是怎样的装置？提示：（1）内电路中，非静电力做功，正电荷由负极移动到正极；外电路中，电场力做功，正电荷由正极移动到负极（2）电源是把其他形式的能转化为电能的装置名师精讲1静电力与非静电力（1）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（2）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2抽水机与电源的比较（1）模型类比抽水机：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，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电源：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，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，维持电路中的持续电流（2）能量转化比较抽水机抽水抽水机外AB水从高处流向低处水的重力做正功重力势能转化为其他形式的能抽水机作用下BA水从低处被运向高处抽水机对水做正功其他形式的能转化为重力势能电源供电电源外部正极负极正电荷由高电势处向低电势处运动电场力做正功电势能转化为其他形式的能电源内部负极正极正电荷由低电势处移动到高电势处非静电力对电荷做正功其他形式的能转化为电势能特别提醒 （1）从力的角度来看，非静电力将正电荷由负极搬运到正极，使正、负极之间保持稳定的电势差（2）从能量转化的观点来看，电源通过非静电力做功，把其他形式的能转化为电能【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点拨：在电源内部和外电路中，使电荷发生定向移动的力分别是非静电力和静电力，因此，内、外电路中的能量转化是相反的解析：本题考查的是静电力和非静电力，关键是理解静电力和非静电力的概念及其作用电源内部非静电力做功使电荷的电势能增加，而静电力移动电荷做正功的过程中电势能减少，故D项对答案：D题后反思 无论电源内部还是外电路中都存在着电场，在外电路中只有静电力做功，电能转化为其他形式的能，而在电源内部，有电阻，静电力也做一部分功，将电能转化为内能，还有非静电力对电荷做功，将其他形式的能转化为电能触类旁通 从能量转化的观点来看，电源电动势E和电压U有什么不同？答案：从能量转化的角度来说，电动势E反映非静电力做功，将其他形式的能转化为电能；电压U反映静电力做功，将电能转化为其他形式的能E和U反映的能的转化方向相反探究二 对电动势的理解问题导引如图是一块手机锂离子电池上面的几个数据：“标称电压：3.7 V”“容量：800 mAh”“充电电压：4.2 V”（1）电动势表明了电源的什么特性？（2）上述电源若通过非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移到正极所做的功是多少？提示：（1）电动势表明了电源把其他形式的能转化为电能本领的大小；（2）该电源电动势为3.7 V，非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移到正极所做的功WEq3.7 J.名师精讲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的电荷量时，可以将2 J的化学能转化为电能（4）电动势的大小：在电源的内部从负极到正极移送单位正电荷时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电动势与电势差的区别与联系电势差U电动势E物理意义电场力做功，电能转化为其他形式的能非静电力做功，其他形式的能转化为电能定义式，W为电场力做的功，W为非静电力做的功单位伏特（V）伏特（V）联系电动势等于电源未接入电路时两极间的电势差特别提醒 （1）定义式给出了一种物理量的测量方法（2）电动势大小等于电源内非静电力将1 C的正电荷从负极搬运到正极所做的功【例2】 （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电动势E的单位与电势差的单位相同，故两者在本质上相同解析：本题考查了电动势的基本概念，关键要正确地理解电动势电动势是一个用比值定义的物理量，这个物理量与非静电力做的功和移送的电荷量无关，它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和电压尽管单位相同，但本质上是不相同的，选项B、C正确答案：BC题后反思 一个用比值定义的物理量，这个物理量与这两个相比的项没有关系，如：电场强度是通过电荷所受的电场力与电荷量的比值定义的，但电场强度与力、电荷的电荷量没有关系；电容器的电容是通过电荷量与两极间的电压的比值定义的，但电容与所带电量及极间电压也都没有关系4