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
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1、- 1 -2 2 电动势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
2、.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)W q(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.
3、W q( )- 2 -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,
4、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
5、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.- 3 -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
6、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
7、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- 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
8、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W q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
9、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
10、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;- 5 -(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
11、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W qW q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W qW q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
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