（京津瓊魯專用）2018-2019學年高中物理 第二章 恒定電流 2 電動勢學案 新人教版必修2.doc

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2　電動勢 [學科素養(yǎng)與目標要求] 物理觀念：1.知道什么是電源，了解電路中靜電力和非靜電力做功與能量轉化的關系.2.知道電動勢的定義式，并會進行簡單計算，了解電源的內阻. 科學探究：收集信息，了解各種型號的電源、電池，知道同一種類的電池電動勢相同，但內阻和容量不同. 一、電源與非靜電力做功 1.非靜電力的作用：把正電荷從負極搬運到正極，同時在該過程中非靜電力做功，使電荷的電勢能增加. 2.電源 (1)定義：通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電勢能的裝置. (2)能量轉化：在電源內部，非靜電力做正功，其他形式的能轉化為電能，在電源外部，電場力做正功，電能轉化為其他形式的能. 二、電動勢和內阻 1.電動勢 (1)定義：在電源內部，非靜電力把正電荷從負極移送到正極所做的功W與被移送電荷q的比值. (2)定義式：E＝.單位：伏特(V) (3)物理意義：反映電源非靜電力做功本領大小的物理量. (4)決定因素：由電源中非靜電力的特性決定，跟電源的體積無關，跟外電路無關. 2.內阻：電源內部導體的電阻. 判斷下列說法的正誤. (1)在電源內部，電荷移動過程中，電場力做負功，電荷電勢能增加.(　√　) (2)所有的電源，均是將化學能轉化為電勢能的裝置.(　　) (3)電源的電動勢跟電源內非靜電力做的功成正比，跟通過的電荷量成反比.(　　) (4)E＝只是電動勢的定義式而非決定式，電動勢的大小由電源內非靜電力的特性決定. (　√　) 一、對非靜電力的理解 1.如圖1，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之間用一細管連起來，則水在重力的作用下定向運動，A、B之間的高度差很快消失.在這個過程中，水管中只有一個短暫水流.怎樣才能保持A、B之間穩(wěn)定的高度差，在A、B之間形成持續(xù)的水流呢？ 答案　需要加一個抽水機，把水池B中的水抽到水池A中. 2.如圖2所示，電源在電路中的作用相當于抽水機的作用，它能不斷地將流到負極的正電荷搬運到正極，從而保持正、負極有穩(wěn)定的電勢差，維持電路中有持續(xù)的電流.電源是通過什么力做功實現(xiàn)這個功能的？ 圖1　　　　　　　　　　　　圖2 答案　通過非靜電力做功. 3.對比上述抽水過程和電荷在電路中的運動，分析它們的能量轉化情況. 答案　當水由A池流向B池時重力做正功，減少的重力勢能轉化為其他形式的能；在電源外部，電場力對正電荷做正功，減少的電勢能轉化為其他形式的能； 當抽水機將B中的水抽到A的過程中，要克服水的重力做功，將其他形式的能轉化為水的重力勢能；在電源內部，要靠非靜電力作用于正電荷克服電場力做功，將其他形式的能轉化為電荷的電勢能. 1.非靜電力：電源內使正、負電荷分離，并使正電荷聚積到電源正極、負電荷聚積到電源負極的非靜電性質的作用力，是對除靜電力外能對電荷流動起作用的其他力的統(tǒng)稱. 2.來源 (1)在化學電池(干電池、蓄電池)中，非靜電力是化學作用，它使化學能轉化為電勢能. (2)在發(fā)電機中，非靜電力是電磁作用，它使機械能轉化為電勢能. 3.功能關系：非靜電力總是克服靜電力做功，非靜電力做功的過程就是將其他形式的能轉化為電能的過程.做多少功，就有多少其他形式的能轉化為電能. 例1　(多選)下列說法正確的是(　　) A.在外電路和電源內部，正電荷都受非靜電力作用，所以能不斷定向移動形成電流 B.靜電力與非靜電力都可以使電荷移動，所以本質上都是使電荷的電勢能減少 C.在電源內部正電荷能從負極到正極是電源內部非靜電力克服靜電力做功的結果 D.靜電力移動電荷做功電勢能減少，非靜電力移動電荷做功電勢能增加 答案　CD 解析　在電源外部，電荷受靜電力作用，而在電源內部，電荷既受靜電力作用，又受非靜電力作用，故能使電荷不斷定向移動形成電流，選項A錯誤，C正確；靜電力做功，使電荷電勢能減少，非靜電力做功，使電荷電勢能增加，選項B錯誤，D正確. 例2　(多選)電池給燈泡供電與人將球拋出在能量轉化方面有相似之處，我們可以將電勢能類比于重力勢能，如圖3所示，下列說法正確的是(　　) 圖3 A.可以將電流通過燈泡時電流做功與拋球時人對球做功相類比 B.可以將電池的非靜電力做功與拋球時人對球做功類比 C.可以將電流通過燈泡時電流做功與重力對球做功類比 D.可以將電池的非靜電力做功與重力對球做功類比 答案　BC 解析　將電勢能類比重力勢能，電流通過燈泡做功，電勢能減少，可類比重力做功，重力勢能減少.非靜電力做功，電勢能增加，可類比拋球時人對球做功，球重力勢能增加，故B、C正確. 二、對電動勢的理解 日常生活中我們經常接觸到各種各樣的電源，如圖4所示的干電池、手機電池，它們有的標有“1.5 V”字樣，有的標有“3.7 V”字樣. 圖4 如果把1 C的正電荷從1.5 V干電池的負極移到正極，電荷的電勢能增加了多少？非靜電力做了多少功？如果把1 C的正電荷從3.7 V的手機電池的負極移到正極呢？哪個電池做功本領大？ 答案　把1 C的正電荷從1.5 V干電池的負極移到正極，電勢能增加了1.5 J，非靜電力做功1.5 J；從3.7 V手機電池的負極移到正極，電勢能增加了3.7 J，非靜電力做功3.7 J.3.7 V手機電池做功本領大. 1.E＝是電動勢的定義式而不是決定式，E的大小與W和q無關，是由電源自身的性質決定的，電動勢不同，表示電源將其他形式的能轉化為電能的本領不同. 2.電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1 C的正電荷在電源內從負極移送到正極所做的功. 3.電動勢是標量，但為研究問題的方便，常認為其有方向，規(guī)定其方向為電源內部電流的方向，即在電源內部由電源負極指向正極. 4.常用電池的電動勢 干電池 鉛蓄電池 鋰電池 鋅汞電池 1.5 V 2 V 3 V或3.6 V 1.2 V 5.容量：電池放電時能輸出的總電荷量，其單位是：Ah或mAh. 例3　一節(jié)干電池的電動勢為1.5 V，這表示(　　) A.電池中每通過1 C的電荷量，該電池能將1.5 J的化學能轉變成電勢能 B.該電池接入電路工作時，電池兩極間的電壓恒為1.5 V C.該電池存儲的電能一定比電動勢為1.2 V的電池存儲的電能多 D.將1 C的電子由該電池負極移送到正極的過程中，非靜電力做了1.5 J的功 答案　A 解析　電動勢大小表示電池中每通過1 C的電荷量，電池將其他形式的能量轉化為電勢能本領的大小，并非表示電池內部儲存的能量大小，故選項A正確，C錯誤；電動勢大小等于電池接入電路前兩極之間的電壓大小，故選項B錯誤；電動勢為1.5 V，表示電池內部非靜電力將1 C的電子由電源正極移送到負極過程中所做功的大小，故選項D錯誤. 例4　將電動勢為3 V的電源接入電路中，測得電源兩極間的電壓為2.4 V，當電路中有6 C的電荷流過時，求： (1)有多少其他形式的能轉化為電能； (2)外電路中有多少電能轉化為其他形式的能； (3)內電路中有多少電能轉化為其他形式的能. 答案　(1)18 J　(2)14.4 J　(3)3.6 J 解析　由電動勢的定義可知，在電源內部非靜電力每移送1 C電荷，有3 J其他形式的能轉化為電能.也可認為在電源中，非靜電力移送電荷做多少功，就有多少其他形式的能轉化為電能；在電路中，靜電力移送電荷做多少功，就有多少電能轉化為其他形式的能. (1)W＝Eq＝36 J＝18 J，電源中共有18 J其他形式的能轉化為電能. (2)W1＝U1q＝2.46 J＝14.4 J，外電路中共有14.4 J的電能轉化為其他形式的能. (3)W2＝W－W1＝3.6 J，內電路中有3.6 J電能轉化為其他形式的能. 電動勢E＝和電壓U＝的區(qū)別 電動勢E＝是電動勢的計算式，其中W為非靜電力做的功；電壓U＝為電壓的計算式，其中W為靜電力做的功.兩者的單位雖然相同，但表示的意義不同；電動勢反映非靜電力做功把其他形式的能轉化為電能的本領，表征電源的性質；電壓就是電勢差的大小，即電路(電場)中兩點電勢的差值，反映電場能的性質. 1.(對電源與非靜電力做功的理解)(多選)下列說法中正確的是(　　) A.電源外部存在著由正極指向負極的電場，內部存在著由負極指向正極的電場 B.在電源外部電路中，負電荷靠靜電力由電源的負極流向正極 C.在電源內部電路中，正電荷靠非靜電力由電源的負極流向正極 D.在干電池中，靠化學作用使化學能轉化為電勢能 答案　BCD 2.(對電動勢的理解)(多選)下列說法中正確的是(　　) A.同一型號干電池，舊電池比新電池的電動勢小，內阻大，容量小 B.電源電動勢E與通過電源的電流I的乘積EI表示電源內靜電力的功率 C.1號干電池比5號干電池的電動勢小，容量大 D.當通過同樣的電荷量時，電動勢為2 V的蓄電池比1.5 V的干電池提供的電能多 答案　AD 解析　同種型號的舊電池比新電池電動勢略小，內阻變大，容量變小，但不同型號的干電池相比較，電動勢相同而容量不同，故A正確，C錯誤；電動勢是表征電源把其他形式的能轉化為電能的本領的物理量，它等于非靜電力移送單位電荷量所做的功，電源電動勢E與通過電源的電流I的乘積EI表示電源消耗的總功率，故B錯誤，D正確. 3.(對電流和電動勢的理解)(2018山東煙臺市高一下期末)下列說法正確的是(　　) A.由電流I＝可知I與q成正比 B.電流有方向，所以電流是矢量 C.電動勢、電壓和電勢差名稱不同，但物理意義相同，所以單位也相同 D.電源的電動勢越大，說明非靜電力在電源內部把單位正電荷從負極向正極移送做功越多 答案　D 4.(公式E＝的理解和應用)有一鉛蓄電池，在其內部將210－5 C的電子從正極移到負極需要310－2 s的時間，此過程中非靜電力做功為410－5 J，則該鉛蓄電池的電動勢是多少？給一小燈泡供電，供電電流是0.2 A，供電10 min，非靜電力做功是多少？ 答案　2 V　240 J 解析　電動勢E＝＝ V＝2 V 非靜電力做的功W＝Eq＝EIt＝20.26010 J＝240 J. 一、選擇題 考點一　對電動勢的理解 1.(2018山東日照市高一下期末)在不同的電源中，非靜電力做功的本領也不相同，物理學中用電動勢來表明電源的這種特性.下列關于電動勢的說法正確的是(　　) A.電動勢是一種非靜電力 B.電動勢由電源中非靜電力的特性決定 C.電動勢越大的電源中，儲存的電能越多 D.電動勢越大，說明電源向外輸出的電能越多 答案　B 2.(多選)關于電源電動勢E的下列說法中正確的是(　　) A.電動勢E的單位與電勢、電勢差的單位相同，都是伏特V B.干電池和鉛蓄電池的電動勢是不同的 C.由電動勢E可表示為E＝可知，電源內非靜電力做功越多，電動勢越大 D.電動勢越大，表示電源內部將其它形式的能轉化為電能的本領越大 答案　ABD 解析　電動勢E的單位與電勢、電勢差的單位相同，都是伏特，故A正確；干電池的電動勢大小為1.5 V，而鉛蓄電池的電動勢大小是2 V，故B正確；由電動勢E可表示為E＝可知，電源內非靜電力移動單位正電荷做功越多，電動勢越大，選項C錯誤；電動勢表征電源把其它形式的能轉化為電能的本領大小，電動勢越大，表示電源內部將其它形式的能轉化為電能的本領越大，選項D正確. 3.下列關于電源電動勢的認識，你認為正確的是(　　) A.同一電源接入不同的電路中，電動勢會發(fā)生變化 B.1號1.5 V干電池比7號1.5 V干電池大，但電動勢相同 C.電動勢表征了電源把其他形式的能轉化為電能的本領，電源把其他形式的能轉化為的電能越多，電動勢越大 D.電動勢、電壓和電勢差雖名稱不同，但物理意義相同，所以單位也相同 答案　B 解析　電動勢由電源中非靜電力的特性所決定，與外電路無關，所以同一電源接入不同的電路，電動勢不會改變，故A錯誤.電動勢跟電源的體積無關，所以雖然1號干電池比7號干電池大，但電動勢相同，故B正確.電源電動勢表征了電源把其他形式的能轉化為電能的本領大小，根據W＝qE可知，電源把其他形式的能轉化為的電能越多，電動勢不一定大，還跟移動電荷的多少有關，故C錯誤.電動勢、電壓和電勢差物理意義不同，單位相同，故D錯誤. 4.(多選)如圖1所示，為一塊手機電池背面印有的一些符號，下列說法正確的是(　　) 圖1 A.該電池的容量為500 mAh B.該電池的電動勢為3.6 V C.該電池在工作1小時后達到的電流為500 mA D.若電池以10 mA的電流工作，可用50小時 答案　ABD 解析　電池上的3.6 V表示電動勢，500 mAh表示電荷容量，可以由電荷容量計算在一定放電電流下使用的時間，由500 mAh＝t10 mA，得t＝50 h，所以A、B、D選項正確. 5.下列說法中正確的是(　　) A.某同學訂購的iPhone 4s手機的電池銘牌：“3.7 V　1 430 mAh”，相比iPhone 4的“3.7 V　1 420 mAh”，說明電池容量前者大 B.同一電源接入不同的電路，電動勢就會發(fā)生變化 C.電源電動勢反映了電源內部非靜電力做功的本領，所以非靜電力做功越多，電源電動勢越大 D.新舊1號電池對小燈泡供電時，發(fā)現(xiàn)舊電池供電時燈泡較暗，主要原因是舊電池的電動勢比新電池電動勢小很多 答案　A 解析　由題可知，前者容量為1 430 mAh，而后者容量為1 420 mAh，故說明前者電池容量大，故A正確；電動勢的大小由電源自身的性質決定，與外電路無關，故B錯誤；電動勢E＝，故電動勢的大小是比較的移送單位電荷時做功的多少，故C錯誤；新舊1號電池對小燈泡供電時，發(fā)現(xiàn)舊電池供電時燈泡較暗，主要原因是舊電池內阻比新電池內阻大很多，故D錯誤. 考點二　對公式E＝的理解和應用 6.對于電動勢的定義式E＝的理解，正確的是(　　) A.E與W成正比 B.E與q成反比 C.E的大小與W、q無關 D.W表示非靜電力 答案　C 7.一臺發(fā)電機用0.5 A的電流向外輸電，在1 min內將180 J的機械能轉化為電能，則發(fā)電機的電動勢為(　　) A.6 V B.360 V C.120 V D.12 V 答案　A 解析　q＝It，E＝＝＝ V＝6 V. 8.(多選)如圖2所示是常用在電子手表和小型儀表中的鋅汞電池，它的電動勢約為1.2 V，這表示(　　) 圖2 A.電路通過1 C的電荷量，電源把1.2 J其他形式的能轉化為電能 B.電源在每秒內把1.2 J其他形式的能轉化為電能 C.該電源比電動勢為1.5 V的干電池做功少 D.該電源與電動勢為1.5 V的干電池相比，通過1 C電荷量時其他形式的能轉化為的電能少 答案　AD 二、非選擇題 9.一塊數(shù)碼相機中用的鋰電池的電動勢為3.6 V，容量為1 000 mAh(相當于用1 000 mA的電流釋放可放電1 h，用500 mA的電流釋放可放電2 h，以此類推).當關閉液晶屏時可拍攝照片400張左右，則每拍一張照片所消耗的電能約為 J；當打開液晶屏時可拍攝照片150張左右，則每拍一張照片液晶屏消耗的電能約為 J. 答案　32.4　54 解析　電源輸出的總電能W＝EQ＝EIt＝3.613 600 J＝12 960 J. 關閉液晶屏時，每拍一張照片消耗的電能 W1＝＝32.4 J. 打開液晶屏時，每拍一張照片消耗的電能 W2＝＝86.4 J. 每拍一張照片液晶屏消耗的電能W3＝W2－W1＝86.4 J－32.4 J＝54 J. 10.國家大力推廣節(jié)能環(huán)保汽車，電動汽車是許多家庭的首選.已知電動汽車的電源是由30組蓄電池串聯(lián)組成的，當正常行駛時，電路中的電流為5 A，在10 min內電源做功1.8105 J，則這組蓄電池的總電動勢是多少？每組的電動勢為多少？ 答案　60 V　2 V 解析　電源移送電荷量為： q＝It＝51060 C＝3 000 C， 這組蓄電池的總電動勢為： E＝＝ V＝60 V 每組的電動勢為：E1＝＝ V＝2 V.