（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(zhuǎn)化的關(guān)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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)化為電勢能的裝置. (2)能量轉(zhuǎn)化：在電源內(nèi)部，非靜電力做正功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，在電源外部，電場力做正功，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能. 二、電動勢和內(nèi)阻 1.電動勢 (1)定義：在電源內(nèi)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(lǐng)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(guān)，跟外電路無關(guān). 2.內(nèi)阻：電源內(nèi)部導體的電阻. 判斷下列說法的正誤. (1)在電源內(nèi)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(zhuǎn)化為電勢能的裝置.(　　) (3)電源的電動勢跟電源內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為水的重力勢能；在電源內(nèi)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(zhuǎn)化為電荷的電勢能. 1.非靜電力：電源內(nèi)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(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為電勢能. 3.功能關(guān)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(zhuǎn)化為電能的過程.做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhì)上都是使電荷的電勢能減少 C.在電源內(nèi)部正電荷能從負極到正極是電源內(nèi)部非靜電力克服靜電力做功的結(jié)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(nèi)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(zhuǎn)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(jīng)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(lǐng)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(lǐng)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(guān)，是由電源自身的性質(zhì)決定的，電動勢不同，表示電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)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(nèi)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(nèi)部電流的方向，即在電源內(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為電勢能本領(lǐng)的大小，并非表示電池內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)化為電能； (2)外電路中有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能； (3)內(nèi)電路中有多少電能轉(zhuǎn)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(nèi)部非靜電力每移送1 C電荷，有3 J其他形式的能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為其他形式的能. (3)W2＝W－W1＝3.6 J，內(nèi)電路中有3.6 J電能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)，表征電源的性質(zhì)；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(zhì). 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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)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(nèi)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(yīng)用)有一鉛蓄電池，在其內(nèi)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(lǐng)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(guān)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(guān)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(nèi)非靜電力做功越多，電動勢越大 D.電動勢越大，表示電源內(nèi)部將其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)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(nèi)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(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小，電動勢越大，表示電源內(nèi)部將其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)越大，選項D正確. 3.下列關(guān)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(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)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(guān)，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(guān)，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(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小，根據(jù)W＝qE可知，電源把其他形式的能轉(zhuǎn)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(guān)，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(nèi)部非靜電力做功的本領(lǐng)，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(zhì)決定，與外電路無關(guān)，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(nèi)阻比新電池內(nèi)阻大很多，故D錯誤. 考點二　對公式E＝的理解和應(yīng)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(guān) 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(nèi)將180 J的機械能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為電能 B.電源在每秒內(nèi)把1.2 J其他形式的能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)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(guān)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(nèi)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.