（京津琼鲁专用）2018-2019学年高中物理 第二章 恒定电流 2 电动势学案 新人教版必修2.doc

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，并会进行简单计算，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.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能，在电源外部，电场力做正功，电能转化为其他形式的能.二、电动势和内阻1.电动势(1)定义：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，电荷移动过程中，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内非静电力的特性决定.()一、对非静电力的理解1.如图1，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？答案需要加一个抽水机，把水池B中的水抽到水池A中.2.如图2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？图1图2答案通过非静电力做功.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；当抽水机将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)下列说法正确的是()A.在外电路和电源内部，正电荷都受非静电力作用，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电源内部非静电力克服静电力做功的结果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答案CD解析在电源外部，电荷受静电力作用，而在电源内部，电荷既受静电力作用，又受非静电力作用，故能使电荷不断定向移动形成电流，选项A错误，C正确；静电力做功，使电荷电势能减少，非静电力做功，使电荷电势能增加，选项B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3所示，下列说法正确的是()图3A.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4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.图4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.常用电池的电动势干电池铅蓄电池锂电池锌汞电池1.5 V2 V3 V或3.6 V1.2 V5.容量：电池放电时能输出的总电荷量，其单位是：Ah或mAh.例3一节干电池的电动势为1.5 V，这表示()A.电池中每通过1 C的电荷量，该电池能将1.5 J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1.5 VC.该电池存储的电能一定比电动势为1.2 V的电池存储的电能多D.将1 C的电子由该电池负极移送到正极的过程中，非静电力做了1.5 J的功答案A解析电动势大小表示电池中每通过1 C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1.5 V，表示电池内部非静电力将1 C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.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.答案(1)18 J(2)14.4 J(3)3.6 J解析由电动势的定义可知，在电源内部非静电力每移送1 C电荷，有3 J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)WEq36 J18 J，电源中共有18 J其他形式的能转化为电能.(2)W1U1q2.46 J14.4 J，外电路中共有14.4 J的电能转化为其他形式的能.(3)W2WW13.6 J，内电路中有3.6 J电能转化为其他形式的能.电动势E和电压U的区别电动势E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；电压就是电势差的大小，即电路(电场)中两点电势的差值，反映电场能的性质.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BCD2.(对电动势的理解)(多选)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2 V的蓄电池比1.5 V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电动势略小，内阻变大，容量变小，但不同型号的干电池相比较，电动势相同而容量不同，故A正确，C错误；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，它等于非静电力移送单位电荷量所做的功，电源电动势E与通过电源的电流I的乘积EI表示电源消耗的总功率，故B错误，D正确.3.(对电流和电动势的理解)(2018山东烟台市高一下期末)下列说法正确的是()A.由电流I可知I与q成正比B.电流有方向，所以电流是矢量C.电动势、电压和电势差名称不同，但物理意义相同，所以单位也相同D.电源的电动势越大，说明非静电力在电源内部把单位正电荷从负极向正极移送做功越多答案D4.(公式E的理解和应用)有一铅蓄电池，在其内部将2105 C的电子从正极移到负极需要3102 s的时间，此过程中非静电力做功为4105 J，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0.2 A，供电10 min，非静电力做功是多少？答案2 V240 J解析电动势E V2 V非静电力做的功WEqEIt20.26010 J240 J.一、选择题考点一对电动势的理解1.(2018山东日照市高一下期末)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B2.(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VB.干电池和铅蓄电池的电动势是不同的C.由电动势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，表示电源内部将其它形式的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；干电池的电动势大小为1.5 V，而铅蓄电池的电动势大小是2 V，故B正确；由电动势E可表示为E可知，电源内非静电力移动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它形式的能转化为电能的本领大小，电动势越大，表示电源内部将其它形式的能转化为电能的本领越大，选项D正确.3.下列关于电源电动势的认识，你认为正确的是()A.同一电源接入不同的电路中，电动势会发生变化B.1号1.5 V干电池比7号1.5 V干电池大，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，电源把其他形式的能转化为的电能越多，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.电动势跟电源的体积无关，所以虽然1号干电池比7号干电池大，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WqE可知，电源把其他形式的能转化为的电能越多，电动势不一定大，还跟移动电荷的多少有关，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1A.该电池的容量为500 mAhB.该电池的电动势为3.6 VC.该电池在工作1小时后达到的电流为500 mAD.若电池以10 mA的电流工作，可用50小时答案ABD解析电池上的3.6 V表示电动势，500 mAh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500 mAht10 mA，得t50 h，所以A、B、D选项正确.5.下列说法中正确的是()A.某同学订购的iPhone 4s手机的电池铭牌：“3.7 V1 430 mAh”，相比iPhone 4的“3.7 V1 420 mAh”，说明电池容量前者大B.同一电源接入不同的电路，电动势就会发生变化C.电源电动势反映了电源内部非静电力做功的本领，所以非静电力做功越多，电源电动势越大D.新旧1号电池对小灯泡供电时，发现旧电池供电时灯泡较暗，主要原因是旧电池的电动势比新电池电动势小很多答案A解析由题可知，前者容量为1 430 mAh，而后者容量为1 420 mAh，故说明前者电池容量大，故A正确；电动势的大小由电源自身的性质决定，与外电路无关，故B错误；电动势E，故电动势的大小是比较的移送单位电荷时做功的多少，故C错误；新旧1号电池对小灯泡供电时，发现旧电池供电时灯泡较暗，主要原因是旧电池内阻比新电池内阻大很多，故D错误.考点二对公式E的理解和应用6.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表示非静电力答案C7.一台发电机用0.5 A的电流向外输电，在1 min内将180 J的机械能转化为电能，则发电机的电动势为()A.6 V B.360 VC.120 V D.12 V答案A解析qIt，E V6 V.8.(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1.2 V，这表示()图2A.电路通过1 C的电荷量，电源把1.2 J其他形式的能转化为电能B.电源在每秒内把1.2 J其他形式的能转化为电能C.该电源比电动势为1.5 V的干电池做功少D.该电源与电动势为1.5 V的干电池相比，通过1 C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9.一块数码相机中用的锂电池的电动势为3.6 V，容量为1 000 mAh(相当于用1 000 mA的电流释放可放电1 h，用500 mA的电流释放可放电2 h，以此类推).当关闭液晶屏时可拍摄照片400张左右，则每拍一张照片所消耗的电能约为 J；当打开液晶屏时可拍摄照片150张左右，则每拍一张照片液晶屏消耗的电能约为 J.答案32.454解析电源输出的总电能WEQEIt3.613 600 J12 960 J.关闭液晶屏时，每拍一张照片消耗的电能W132.4 J.打开液晶屏时，每拍一张照片消耗的电能W286.4 J.每拍一张照片液晶屏消耗的电能W3W2W186.4 J32.4 J54 J.10.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5 A，在10 min内电源做功1.8105 J，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60 V2 V解析电源移送电荷量为：qIt51060 C3 000 C，这组蓄电池的总电动势为：E V60 V每组的电动势为：E1 V2 V.