甘肃省崇信县高中物理 第二章 恒定电流 2 电动势

甘肃省崇信县高中物理 第二章 恒定电流 2 电动势

‎2　电动势 ‎ 学习目标 ‎1.理解电动势的概念,掌握电动势的定义式.‎ ‎2.了解电源内部能量的转化过程,加强对学生科学素质的培养.‎ 自主探究 ‎1.电源之所以能维持外电路中稳定的电流,是因为它有能力把来到　　　极的正电荷经过电源　　　部不断地搬运到　　　　极.‎ ‎2.在电源内要使正电荷向正极移动,就一定要有　　　　　力作用于电荷才行.在这个过程中,电源使电荷的电势能　　　　　.‎ ‎3.在电池中,非静电力是　　　　　,它使　　　　　能转化为　　　　　　能;在发电机中,非静电力是　　　　　,它使　　　　　能转化为　　　　　　能.从能量转化的角度看,电源是通过　　　　　力做功把　　　　　能转化为　　　　　能的装置.‎ ‎4.电动势的定义:在电源内部,非静电力所做的功W与被移送的电荷量q的比值叫做电源的电动势,即E=　　　　　,其单位是　　　　　.电动势在数值上等于非静电力把　　　C的　　　电荷在电源内从负极移送到正极所做的功.‎ ‎5.电动势由电源中　　　　　的特性决定,跟电源的体积　　　　　,也跟外电路　　　　　.电源内部也是由导体组成的,所以也有电阻,这个电阻叫做电源的　　　　　.‎ 合作探究 ‎【提出问题】‎ 问题1:图甲中是什么力把水从低水位处搬运到高水位处的?‎ 问题2:图乙中电源内部是什么力把正电荷从负极搬运到正极的呢?‎ ‎【思考讨论】‎ 电源P在把正电荷从负极搬运到正极的过程中,正电荷的电势能如何变化?从另一个角度看,电源又发挥了怎样的作用?‎ ‎【要点提炼】‎ 一、电源 ‎1.电源是通过　　　　力做功把其他形式的能转化为　　　　能的装置.‎ ‎2.非静电力在电源中所起的作用:　.‎ ‎【巩固练习1】‎ 下列关于电源的说法中正确的是(　　)‎ A.在外电路和电源内部,正电荷都受到静电力的作用,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,正电荷能从负极移动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 ‎【思考讨论】‎ 资料 ‎1.某种干电池非静电力把‎1 C正电荷在电源内从负极移送到正极时做1.5 J的功,把1.5 J化学能转化成1.5 J的电势能.‎ ‎2.某种纽扣电池非静电力做功把‎1 C 正电荷在电源内从负极移送到正极时做3.0 J的功,把3.0 J化学能转化成3.0 J的电势能.‎ ‎3.某种蓄电池非静电力把‎1 C正电荷在电源内从负极移送到正极时做6.0 J的功,把6.0 J化学能转化成6.0 J的电势能.‎ 问题1:在不同的电源中非静电力做功的本领是否相同?‎ 问题2:怎样衡量电源非静电力做功的本领?‎ ‎【要点提炼】‎ 二、电动势 ‎1.定义:　.‎ ‎2.定义式:　　　　　　.‎ ‎3.单位:　　　　.‎ ‎4.物理意义:　.‎ ‎【巩固练习2】‎ ‎1.下列关于电源的说法中,正确的是(　　)‎ A.电源向外提供的电能越多,表示电动势越大 B.电动势表示电源将单位正电荷从负极移送到正极时非静电力所做的功 C.电源的电动势与外电路有关 D.在电源内正电荷从负极到正极电势升高 ‎2.关于电源的电动势,下列说法正确的是(　　)‎ A.电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量 B.电动势在数值上等于电路中通过‎1 C的电荷量时电源提供的能量 C.电源的电动势跟电源的体积有关,跟外电路也有关 D.电动势有方向,因此电动势是矢量 ‎3.铅蓄电池的电动势为2 V,这表示(　　)‎ A.电路中每通过‎1 C的电荷量,电源就把2 J的化学能转化为电能 B.铅蓄电池两极间的电压为2 V C.铅蓄电池在1 s内将2 J的化学能转化为电能 D.铅蓄电池将化学能转化为电能的本领比一节普通干电池(电动势为1.5 V)的大 ‎【自主学习】‎ 电源还有哪些重要参量?‎ ‎【要点提炼】‎ 三、电源的几个重要参数 ‎1.电动势:取决于　　　　　　　　　,与电池的大小无关.‎ ‎2.内阻(r):　　　　　　　　　　　.‎ ‎【思考讨论】‎ 问题:电压与电动势有什么区别和联系?‎ ‎【巩固练习3】‎ 将电动势为3.0 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?‎ 课堂检测 ‎1.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 ‎2.关于电源的电动势,下列说法中正确的是(　　)‎ A.同一电源接入不同的电路,电动势就会发生变化 B.1号干电池比7号干电池的体积大,但电动势相同 C.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 D.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,电源把其他形式的能转化为电能越多,电动势就越大 ‎3.手电筒的两节干电池,已经用了较长时间,灯泡发出很微弱的光,把电池取出来,用电压表测电压,电压表示数接近3 V,再把它们作为一个台式电子钟的电源,电子钟能正常工作,则下列说法正确的是(　　)‎ ‎①这两节干电池的电动势减少了很多　②这两节干电池的内阻增大了很多　③这台电子钟的额定电压一定比手电筒小灯泡的额定电压小　④这台电子钟的正常工作电流一定比小灯泡正常工作电流小 A.①② B.①③ C.②④ D.③④‎ ‎4.一台发电机用‎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 V C.120 V D.12 V ‎5.单位电荷量的正电荷沿闭合电路移动一周,在内外电路中释放的总能量决定于(　　)‎ A.电源的电动势 B.通过电源的电流 C.路端电压的大小 D.内、外电阻之和 ‎6.太阳能电池已经越来越多地应用于我们的生活中,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0.6‎ ‎ V的电动势,这表示(　　)‎ A.电路中每通过‎1 C电荷量,太阳能电池把0.6 J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0.6 V C.太阳能电池在1 s内将0.6 J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1.5 V)将化学能转化为电能的本领小 ‎7.电池容量就是电池放电时输出的总电荷量,某蓄电池标有“‎15 A·h”的字样,则表示(　　)‎ A.该电池在工作1 h后达到的电流为‎15 A B.该电池在工作15 h后达到的电流为‎15 A C.电池以‎1.5 A的电流工作,可用10 h D.电池以‎15 A的电流工作,可用15 h ‎8.一个数码相机中用的锂电池的电压为3.6 V,容量为1 000 mA·h(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.‎ ‎9.电动势为20 V的电源向外供电,已知它在1 min时间内移送‎120 C的电荷量,则:‎ ‎(1)这个回路中的电流是多大?‎ ‎(2)电源产生了多少电能?‎ ‎10.铅蓄电池的电动势为2 V,一节干电池的电动势为1.5 V,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‎0.1 A和‎0.2 A.试求两个电路都工作20 s,电源所消耗的化学能分别为多少?哪一个把化学能转化为电能的本领更大?‎ 参考答案 ‎　　自主探究 ‎1.负　内　正　2.非静电　增加　3.化学作用　化学　电势　电磁作用　机械　电势　非静电　其他形式的　电势　4.　伏特　1　正　5.非静电力　无关　无关　内阻 合作探究 ‎【提出问题】‎ 问题1:抽水机提供的力.‎ 问题2:非静电力.‎ ‎【思考讨论】‎ 正电荷电势能增加,电源将其他形式的能量转化为电能.‎ ‎【要点提炼】‎ ‎1.非静电　电势 ‎2.通过非静电力做功把其他形式的能量转化为电能 ‎【巩固练习1】‎ D　解析: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使电势能减少.D项正确.‎ ‎【思考讨论】‎ 问题1:不相同.‎ 问题2:可以用非静电力做功与电荷量的比值来反映非静电力做功的本领.‎ ‎【要点提炼】‎ ‎1.在电源内部,非静电力所做的功W与被移送的电荷量q的比值 ‎2.E=‎ ‎3.伏特(V)‎ ‎4.表示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 ‎【巩固练习2】‎ ‎1.BD　解析:电源向外提供电能的多少与电动势的大小无关,A项错误;电动势的大小是由电源自身决定的,与外电路无关,C项错误.‎ ‎2.AB　解析:由电动势的物理意义可知,电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量,它在数值上等于电源没有接入电路时其两极间的电压,也等于电路中通过‎1 C的电荷量时所提供的能量;电动势由电源中非静电力的特性决定,跟电源的体积无关,跟外电路也无关,电动势虽有方向,但电动势是标量.‎ ‎3.AD　解析:根据电动势的定义式E=知,非静电力移动‎1 C的电荷量所做的功W=qE=1×2 J=2 J,由功能关系可知有2 J的化学能转化为电能,A项正确,C项错误;电源开路时两极间的电势差(电压)等于电动势,题目中未说处于开路状态,所以B项错误;电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量,铅蓄电池的电动势大于一节干电池的电动势1.5 V,D项正确.‎ ‎【自主学习】‎ 电动势和电源内部的电阻.‎ ‎【要点提炼】‎ ‎1.电池的正负极材料及电解液的化学性质 ‎2.电源内部的电阻 ‎【思考讨论】‎ 区别:‎ 电动势:表示移送单位正电荷消耗的化学能(或其他形式能).反映电源把其他形式能转化为电能的本领,表征电源的性质.‎ 电压:表示移送单位正电荷消耗的电势能.反映把电势能转化为其他形式能的本领,表征电场的性质.‎ 联系:电动势=电压+电源内阻×电路电流.‎ ‎【巩固练习三】‎ ‎(1)W=Eq=3×6 J=18 J,即电源中共有18 J其他形式的能转化为电能.‎ ‎(2)W1=U1q=2.4×6 J=14.4 J,即外电路中共有14.4 J电能转化为其他形式的能.‎ ‎(3)内电压U2=E-U1=3 V-2.4 V=0.6 V,‎ 则W2=U2q=0.6×6 J=3.6 J,即内电路中共有3.6 J电能转化为其他形式的能.也可由能量守恒求出:W2=W-W1=3.6 J.‎ 课堂检测 ‎1.C　解析:电动势是描述电源非静电力搬运电荷本领大小的物理量,与W、q无关.‎ ‎2.B ‎3.C　解析:题目所给的材料中,有几点要特别注意:手电筒的灯泡发出很微弱的光,这说明通过小灯泡的电流已经很小.用电压表测两节干电池的电压示数接近3 V,这说明每节干电池的电动势仍约为1.5 V,把它们作为电子钟的电源,电子钟正常工作,说明电子钟的工作电流比较小.由此我们可以知道,干电池在用了很长一段时间之后,电动势的大小仍基本没变,手电筒发出微弱的光是因为该电池的内电阻已经变大了很多.故正确选项为C项.‎ ‎4.A　解析:q=It,E=== V=6 V.‎ ‎5.A　解析:由E=得W=Eq,故单位电荷量的正电荷移动一周,电路中释放的总能量决定于电源电动势E.‎ ‎6.AD　解析:电动势在数值上等于非静电力把‎1 C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1 s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两项正确,C项错误;电源只有在不接入电路时,两极间的电压大小为电动势,故B项错误.‎ ‎7.C　解析:蓄电池标有“‎15 A·h”的字样,表示电池的蓄存电荷量的情况.即电池工作时,若放电电流为‎1.5 A,则工作时间为10 h,故C项正确.‎ ‎8.解析:电源输出的总电能E=UQ=UIt=3.6×1×3 600 J=12 960 J.‎ 关闭液晶屏时,每拍一张照片消耗的电能E1==32.4 J.‎ 打开液晶屏时,每拍一张照片消耗的电能E2==86.4 J.‎ 每拍一张照片液晶屏消耗的电能E3=E2-E1=86.4 J-32.4 J=54 J.‎ 答案:(1)32.4　(2)54‎ ‎9.解析:(1)由公式得电流I== A=‎2 A.‎ ‎(2)电源产生的电能为W=qU=120×20 J=2 400 J.‎ 答案:(1)‎2 A　(2)2 400 J ‎10.解析:对于铅蓄电池电路,20 s时间内通过的电荷量q1=I1t=‎2 C;对于干电池的电路,20 s时间内通过的电荷量q2=I2t=‎4 C;由电动势定义式E=可得电源消耗的化学能分别为W1=q1E1=4 J,W2=q2E2=6 J.因为E1>E2,故铅蓄电池把化学能转化为电能的本领大.电动势表征电源的转化本领.‎ 答案:4 J　6 J　铅蓄电池