物理人教版选修3-1学案第二章第2节电动势

第2节电_动_势1.电动势与电压的单位都是伏特，但二者意义不同，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，电动势的大小仅取决于电源本身。2．电动势的定义式为E＝eq\f(W,q)，电动势和内阻是电源的两个重要参数。3．干电池的电动势一般为1.5V，不同型号的干电池内阻不同，容量也不同。一、电源在电路中的作用1．非静电力(1)定义：非静电力是指电源把正电荷(负电荷)从负极(正极)搬运到正极(负极)的过程中做功的力，这种非静电力做的功，使电荷的电势能增加。(2)在电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能；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。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)不同的电源，非静电力做功的本领不同，这是由电源本身性质决定的。二、电源的电动势和内阻1．电动势(1)物理意义：反映电源非静电力做功的本领的大小。(2)大小：在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。即E＝eq\f(W非,q)。(3)单位：伏特(V)。(4)大小的决定因素：由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路也无关。(5)常用电池的电动势干电池铅蓄电池锂电池锌汞电池1.5V2V3V或3.6V1.2V2．内阻：电源内部导体的电阻。3．容量：电池放电时能输出的总电荷量，其单位是：A·h或mA·h。1．自主思考——判一判(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)在电源内部，电荷移动过程中，非静电力做正功，电荷电势能减少。(×)(3)所有的电源，均是将化学能转化为电能的装置。(×)(4)电动势在数值上等于一秒内非静电力所做的功。(×)(5)电动势相同的电池，内阻也一定相同。(×)(6)容量越大的电池，储存的化学能越多。(×)2．合作探究——议一议(1)电源中，非静电力的作用是什么？提示：在电源中，非静电力做功，把一定数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极，使电荷的电势能增加，从而把其他形式的能转化为电势能。(2)对于不同型号的干电池，其电动势一般都为1.5V，这说明了什么？提示：电动势是描述电源属性的物理量，其大小决定于非静电力做功的性质，与电池体积无关，不同型号干电池只是容量不同。对静电力和非静电力的理解1．静电力即电场力，是静止带电体之间的作用力，如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。(1)如图所示，在电源外部的电路里，自由电荷在电场力作用下移动，电场力做正功，电势能转化为其他形式的能；在电源内部自由电荷移动的方向与受到的电场力方向相反，移送电荷的不再是电场力，叫做“非静电力”。非静电力做功将电荷“移送”到电势能高的电极，增加电势能(消耗其他形式的能)。所以可以说：电源是通过非静电力做功，将其他形式的能转化为电能的装置。(2)从能量转化的角度看，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。(3)作用：保持两极间有一定电压，供给电路电能。1．关于电源的说法，正确的是()A．电源向外提供的电能越多，表明电动势越大B．电动势表示电源将单位正电荷从负极移到正极时非静电力做的功C．在电源内部，从正极到负极电势逐渐提高D．在电源外部，从正极到负极电势逐渐提高解析：选B电源是把其他形式的能转化为电能的装置。在电源内部，非静电力做功将电荷“移送”到电势能高的电极，增加电势能。在电源外部电场力做功，正极电势高于负极电势。电源提供的电能E电＝qE，既与电动势E有关，又与电荷量q有关，B选项正确。2．以下说法中正确的是()A．在外电路和电源内部，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，电势能减小；非静电力移动电荷做功，电势能增加解析：选D在电源内部和外部都存在着由正极指向负极的电场，在电源外部，正电荷受静电力作用，能不断地定向移动形成电流，此过程静电力做正功使电荷的电势能减少，在电源内部，正电荷受静电力方向与移动方向相反，静电力不能使正电荷定向移动，而非静电力使正电荷由负极移动到正极，克服静电力做功，使电荷的电势能增加，故D正确。对电动势的理解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，即沿电源由负极指向正极。(3)公式E＝eq\f(W,q)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。(4)电动势的大小：等于在电源的内部从负极到正极移送单位正电荷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．电动势和电压(即电势差)的区别与联系电压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的本领，表征电场的性质非静电力做功，其他形式的能转化为电能的本领，表征电源的性质定义式U＝eq\f(W,q)，W为电场力做的功E＝eq\f(W,q)，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压值[典例][多选]如图为一块电池的背面印有的一些符号，下列说法正确的是()A．该电池放电时能输出的总电荷量为1800CB．该电池的电动势为3.6VC．若电池以10mA的电流工作，可用50小时D．若两块电池串联使用电动势仍为3.6V[解析]由电池铭牌可知，B正确。由q＝500mA·h得，q＝500×10－3A×3600s＝1800C，A正确。由q＝It得：t＝eq\f(q,I)＝eq\f(1800,10×10－3)s＝1.8×105s＝50h，C正确。两电池串联使用时，E总＝2E＝7.2V，D错误。[答案]ABC(1)电池的容量就是电池放电时输出的总电荷量，其实际大小与放电电流的大小及放电方式有关。(2)n个相同的电池串联时，其总电动势E总＝nE，总内电阻r总＝nr。1．一节干电池的电动势为1.5V，这表示()A．电池中每通过1C的电荷量，该电池能将1.5J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1.5VC．该电池存储的电能一定比电动势为1.2V的电池存储的电能多D．将1C的电荷由该电池负极移送到正极的过程中，非静电力做了1.5J的功解析：选A电动势大小表示电池中通过1C的电荷量电池将其他形式的能量转化为电势能的大小，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1.5V，表示电池内部非静电力将1C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。2．第56届日本电池大会上华为发布了5分钟即可充满3000mAh电池50%电量的快充技术成果，引起业界广泛关注。如图是华为某智能电池上的信息，支持低压大电流充电，则()A．4.35V表示该电池的电动势B．该电池充满电后以100mA的电流工作时，可连续工作30小时C．11.4Wh表示该电池能提供的电量D．3000mAh表示该电池能提供的电能解析：选B4.35V为充电电压，不是该电池的电动势，故A错误；该电池充满电后以100mA的电流工作时，可连续工作时间t＝eq\f(3000mAh,100mA)＝30h，故B正确；11.4Wh为电池的充电电能，不是该电池的电量，故C错误；mAh为电量的单位，所以3000mAh表示该电池能提供的电量，故D错误。3．[多选]关于电动势和电压，下列说法正确的是()A．电动势E是由电源本身决定的，跟外电路无关B．电动势E的单位与电势、电势差的单位都是伏特，故三者本质上一样C．电动势不是电压，但它数值上等于将1C电荷在电源内从负极运送到正极电场力做功的大小D．电动势是表示电源把其他形式的能转化为电势能的本领大小的物理量解析：选AD电动势是表示电源把其他形式的能转化为电势能的本领大小的物理量，电动势E由电源本身决定，跟外电路无关，A、D正确。电动势不是电压，电动势对应非静电力做功而不是电场力做功，B、C错误。1．[多选]关于电源的说法正确的是()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，负电荷在电场力作用下由电源的负极流向正极C．在电源内部电路中，正电荷在非静电力作用下由电源的负极流向正极D．在电池中，是化学作用使化学能转化为电势能解析：选BCD电源内部和外部电场都是由正极指向负极，故A错。在外电路中负电荷在电场力作用下向正极移动，电场力做正功将电势能转化为其他形式的能；在电源内部非静电力做功将正电荷从负极搬运到正极，将其他形式的能转化为电势能，电池中的非静电力是化学作用，故B、C、D正确。2．关于电池的容量，下列说法中正确的是()A．电池的容量就是电池放电时能输出的总电荷量B．对同一种电池，体积越大容量越小C．电池的容量表示电池放电时能输出的电能D．电池容量的单位是法拉解析：选A电池的容量表示电池放电时输出的总电荷量，A对，C错；同一种电池，体积大容量大，B错；电池容量的单位有A·h、mA·h等，法拉是电容的单位，D错。3.[多选]如图所示，这是一种化学原电池，电路中电流计可以测出电流的方向，设测得外电路的电流方向如图所示，其中两金属板分别为锌板和铜板，电解槽中的电解液为硫酸铜，试分析下列说法中正确的是()A．A是铜片，B是锌片B．A是锌片，B是铜片C．A端是电源的正极，B端是电源的负极D．该种电池能把化学能转化为电能解析：选ACD由电流方向我们可以知道电源的正极为A，负极为B，首先选出C项。哪种金属失去电子即为该电池的负极，由于锌的化学性质活泼，因此，锌板为负极，所以A为铜板，B为锌板，可选出A项。在反应过程中，电池将化学能转化为电能。4．如图为电源和导线内移送电荷的情况。则将单位正电荷沿闭合回路移动一周所释放的能量大小决定于()A．电源电动势B．电路中电流的大小C．电源的内阻D．电源的容量解析：选A移送电荷一周所释放的能量，就是电源提供给它的电势能，数值等于电源内部非静电力做功的数值，即W＝Eq。题干中限定了单位正电荷，可见W的数值只取决于E，故A正确，B、C、D错误。5．[多选]太阳能电池已经越来越多地应用于我们生活中，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0.6V的电动势，这表示()A．电路中每通过1C电荷量，太阳能电池把0.6J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0.6VC．太阳能电池在1s内将0.6J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1.5V)将化学能转化为电能的本领小解析：选AD根据电动势的定义式E＝eq\f(W,q)，得：W＝qE＝1×0.6J＝0.6J，即非静电力对电荷做功为0.6J，则电路中每通过1C电荷量，太阳能电池把0.6J的太阳能转变为电能，由于不知道1s内流过电池的电量，故A正确，C错误。不接入外电路时，太阳能电池两极间的电压等于电动势，为0.6V；如果接入电路，则太阳能电池两端的电压，即路端电压小于0.6V，故B错误。太阳能电池的电动势小于一节干电池的电动势，则太阳能电池将太阳能转化为电能的本领比一节干电池将化学能转化为电能的本领小，故D正确。6．一台发电机用0.5A的电流向外输电，在1min内将180J的机械能转化为电能，则发电机的电动势为()A．6V B．360VC．120V D．12V解析：选A1min内流出的电荷量为q，由q＝It得：q＝0.5×60C＝30C，根据E＝eq\f(W,q)得：E＝eq\f(180,30)V＝6V，所以A正确。7．下列关于电池的说法正确的是()A．同一种干电池，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表示电源内部静电力的功率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2V的蓄电池比电动势为1.5V的干电池提供的电能多解析：选D同一种干电池，不论是1号还是5号，不论新、旧，其电动势是一定的，皆为1.5V，但体积大的电池容量较大，内阻较小，故A、C错；电源的电动势表示的是非静电力做功的本领，也就是电源将其他形式的能转化为电能的本领，非静电力做的功大小等于电源将其他形式的能转化为电能的多少，W＝Eq，电动势越大，通过相同的电荷量的非静电力做的功越多，电源提供的电能越多，电动势E与通过电源的电流I的乘积EI表示在电源内部非静电力的功率，故B错、D正确。8．[多选]关于电源的电动势，下面说法正确的是()A．在电源内部其他形式的能转化为电能B．电动势在数值上等于电路中通过1C电荷量时电源提供的总能量C．电源的电动势跟电源的体积有关，跟外电路有关D．电动势有方向，因此电动势是矢量解析：选AB电源是通过内部非静电力做功，将其他形式的能转化为电能的装置，A正确；根据W＝Eq可知，电动势在数值上等于电路中通过1C电荷量时电源提供的总能量，B正确；电源的电动势跟电源的体积无关，跟外电路无关，C错误；电动势有方向，但电动势是标量，故D错误。9．[多选]下列有关电压与电动势的说法中正确的是()A．电压与电动势的单位都是伏特，所以电动势与电压是同一物理量的不同叫法B．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过程中做的功越多C．电动势公式E＝eq\f(W,q)中W与电压公式U＝eq\f(W,q)中的W是一样的，都是电场力做的功D．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量解析：选BD电压与电动势是两个不同的概念，电动势公式E＝eq\f(W,q)中的W表示非静电力做的功，而电压U＝eq\f(W,q)中的W表示电场力做的功，选项A、C错误；电动势是反映电源内部将其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，电动势在数值上等于移送单位正电荷所做的功，不能说电动势越大，非静电力做的功越多，也不能说电动势越大，被移送的电荷量越多，选项B、D正确。10．“神舟”十号载人飞船上的电子仪器及各种动作的控制都是靠太阳能电池供电的。由于光照而产生电动势的现象称为光伏效应。“神舟”飞船上的太阳能电池就是依靠光伏效应设计的单晶硅太阳能电池。在正常照射下，太阳能电池的光电转换效率可达23%。单片单晶硅太阳能电池可产生0.6V的电动势，可获得0.1A的电流，求每秒照射到这种太阳能电池上太阳光的能量是()A．0.24J B．0.25JC．0.26J D．0.28J解析：选C太阳能电池每秒提供的电能W＝EIt＝0.6×0.1×1J＝0.06J，所以照射到这种太阳能电池上的太阳光能量W′＝eq\f(W,0.23)≈0.26J，所以选项C正确。11．将电动势为3V的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为2.4V，当电路中有6C的电荷流过时，求：(1)有多少其他形式的能转化为电