新课标高中物理选修第2节 电动势教案

第2节电动势

学习目标核心提炼

1.知道电源是将其他形式的能转化为电能的装置。

3个电源参数——电动势、

内阻、容量

1个公式——E＝

W

q

2.了解电路中(电源外部和内部)自由电荷定向移动

过程中，静电力和非静电力做功与能量转化的关

系。

3.了解电源电动势的基本含义，知道它的定义式。

4.了解电源内电阻。

一、电源

1.非静电力

(1)非静电力的作用：把正电荷由负极搬运到正极，同时在该过程中非静电力做功，将其他形式的能量转化为电能。

(2)非静电力的实质：在电池中是指化学作用，在发电机中是指电磁作用。

2.电源

(1)概念：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)作用：①外电路：正电荷从电源正极流向负极，形成持续电流，电源的作用是维持外电路中这种持续电流。

②内电路：电源提供“非静电力”，通过这种力做功，把正电荷从负极搬运到正极，使电荷的电势能增加。

二、电源的参数——电动势、内阻、容量

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1 C的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功，即E＝

W

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

1.5 V 2 V 3 V或3.6 V 1.2 V

2.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。

思考判断

1.在电源内部非静电力对移动的电荷做正功。(√)

2.所有电池的电动势都是1.5 V。(×)

3.电动势与电势差实质上是一样的。(×)

4.电源的电动势由电源自身决定。(√)

5.电源电动势越大，非静电力做功的本领越强。(√)

对静电力和非静电力的理解

[要点归纳]

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：(1)在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是一种与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用。

(2)在一般发电机中，非静电力起源于磁场对运动电荷的作用。

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，就有多少能转化为电能。

[精典示例]

[例1]以下说法正确的是()

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。

答案 D

[针对训练1]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 V

C.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

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。

答案 A

对电动势的理解

[要点归纳]

1.电源的种类不同，非静电力做功本领不同，即把相同数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极，非静电力做功多少不同，电动势大小不同。

2.电源内部电流的方向：由电源负极指向正极。

3.公式E ＝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。电动势不同，表示将其他形式的能转化为电能的本领不同，

例如：蓄电池的电动势为2 V ，表明在蓄电池内移送1 C 的电荷时，可以将2 J

的化学能转化为电能。

[精典示例]

[例2] (多选)如图1为一块手机电池的背面印有的一些符号，下列说法正确的是

( )

图1

A.该电池放电时能输出的总电荷量为1 800 C

B.该电池的电动势为3.6 V

C.若电池以10 mA 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3.6 V

解析 由电池铭牌可知，B 正确；由q ＝500 mA·h 得，q ＝500×10－3 A ×3 600 s

＝1 800 C ，A 正确；由q ＝It 得t ＝q I ＝ 1 80010×10

－3 s ＝1.8×105 s ＝50 h ，C 正确；两电池串联使用时，E 总＝2E ＝7.2 V ，D 错误。

答案 ABC

电动势E ＝W q 和电压U ＝W q

的区别 电动势E ＝W q 是电动势的计算式，其中W 为非静电力做的功；电压U ＝W q 为电压

的计算式，其中W 为电场力做的功。两者的单位虽然相同，但表示的意义不同。

[针对训练2] (2019·山东枣庄三中高一下期中)(多选)下列有关电动势的说法正确

的是( )

A.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

B.电动势的单位跟电压的单位一致，所以电动势就是两极间的电压

C.干电池电动势为1.5 V，表示将1 C的正电荷从电源负极移到正极，通过非静电力做功，将1.5 J其他形式的能量转化为电势能

D.E＝W

q是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小是由电源内非静电力的特

性决定的

解析电源的电动势等于电源内非静电力做的功跟通过的电荷量的比值，E＝W q

是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小是由电源内非静电力的特性决定的，选项A错误，D正确；电动势的单位跟电压的单位一致，但是电动势与两极间的电压物理意义不同，只有当外电路断开时，电动势的大小才等于两极间的电压，选项B错误；干电池电动势为1.5 V，表示将1 C的正电荷从电源负极移到正极，通过非静电力做功，将1.5 J其他形式的能转化为电能，选项C正确。答案CD

1.(对电源的理解)(多选)下列说法正确的是()

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，负电荷靠电场力由电源的负极流向正极

C.在电源内部电路中，正电荷靠非静电力由电源的负极流向正极

D.在电池中，靠化学作用使化学能转化为电势能

答案BCD

2.(对电动势的理解)铅蓄电池的电动势为2 V，这表示()

A.电路中每通过1 C电荷量，电源将2 J的化学能转变为电能

B.在1 s内非静电力做功为2 J

C.蓄电池能在1 s内将2 J的化学能转变为电能

D.蓄电池将化学能转变成电能的本领比一节干电池小

解析电源的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，所以选项A 正确，B 、C 错误；一节干电池的电动势是1.5 V ，所以蓄电池将化学能转变成电能的本领比一节干电池大，选项D 错误。 答案 A

3.(E ＝W q 的应用)国家大力推广节能环保汽车，电动汽车是许多家庭的首选。已知电动汽车的电源是由30组蓄电池串联组成的，当正常行驶时，电路中的电流为5 A ，在10 min 内电源做功1.8×105 J ，则这组蓄电池的总电动势是多少？每组的电动势为多少？

解析 电源移送电荷量为q ＝It ＝5×10×60 C ＝3 000 C ，

这组蓄电池的总电动势为E ＝W q ＝1.8×1053 000 V ＝60 V

每组的电动势为E 1＝E n ＝6030 V ＝2 V 。

答案 60 V 2 V

基础过关

1.(多选)关于电源的作用，下列说法中正确的是( )

A.在电源内部把电子从负极搬运到正极

B.在电源内部把电子从正极搬运到负极

C.把电能转化为其他形式的能

D.把其他形式的能转化为电能

解析 在电源内部是非静电力驱使电子从正极流向负极做正功，静电力做负功，A 错误，B 正确；从能量守恒的角度看，电源内部把其他形式的能转化为电能，C 错误，D 正确。

答案 BD

2.[2020·河南中原名校(豫南九校)高二上第三次联考](多选)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势能的本领，电源把其他形式的能转化为电势能的本领越大，电动势就越大

解析同一电源接入不同的电路，电动势不会发生变化，选项A错误；1号干电池比7号干电池的体积大，但电动势相同，都是1.5 V，选项B正确；电动势、电压和电势差不但名称不同，物理意义也不相同，电动势表征电源把其他形式的能转化为电势能的本领大小，反映了电源内部非静电力做功的本领，而电压和电势差是两点之间电势的差，它们只是单位相同，选项C错误，D正确。

答案BD

3.下列说法正确的是()

A.某同学订购的iPhone 4s手机的电池铭牌：“3.7 V 1 430 mA·h”，相比iPhone 4的“3.7 V 1 420 mA·h”，说明电池容量前者大

B.同一电源接入不同的电路，电动势就会发生变化

C.电源电动势反映了电源内部非静电力做功的本领，所以非静电力做功越多，电源电动势越大

D.新旧1号电池对小灯泡供电时，发现旧电池供电时灯泡较暗，主要原因是旧电池的电动势比新电池电动势高很多

解析由题可知，前者容量为1 430 mA·h，而后者为1 420 mA·h，故说明前者电池容量大，故A正确；电动势的大小由电源自身的性质决定的，与外电路无关，故B错误；电动势E＝W

q

，故电动势的大小是比较的移送单位电荷时做功的多少，故C错误；新旧1号电池对小灯泡供电时，发现旧电池供电时灯泡较暗，主要原因是旧电池内阻比新电池内阻大很多，故D错误。

答案 A

4.对于电动势的定义式E＝W

q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

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。答案 C

5. (多选)如图1所示是常用在电子手表和小型仪表中的锌汞电池，它的电动势约为1.2 V，这表示()

图1

A.电路通过1 C的电荷量，电源把1.2 J其他形式的能转化为电能

B.电源在每秒内把1.2 J其他形式的能转化为电能

C.该电源比电动势为1.5 V的干电池做功少

D.该电源与电动势为1.5 V的干电池相比，通过1 C电荷量时其他形式的能转化为电能少

答案AD

能力提升

6.(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0.6 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的太阳能转化为电能

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的太阳能转化为电能

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

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内转化的电能。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正确，C错误；电源在不接入电路时，两极间的电压大小为电动势，故B错误。

答案AD

7.(2020·黑龙江鹤岗一中高二上月考)(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2所示，下列说法正确的是()

图2

A.可以将电流通过灯泡时电流做功与抛球时人对球做功类比

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

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；非静电力做功，电势能增加，可类比人抛球对球做功，球的重力势能增加，故B、C正确。

答案BC

8.“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0.6 V的电动势，可获得0.1 A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.0.24 J

B.0.25 J

C.0.26 J

D.0.28 J

解析太阳能电池每秒提供的电能W＝EIt＝0.6×0.1×1 J＝0.06 J，所以照射到

这种太阳能电池上的太阳光能量W′＝W

0.23≈0.26 J，所以选项C正确。

答案 C

9.一部数码相机中用的锂电池的电动势为3.6 V，容量为2 000 mA·h(相当于以1

000 mA的电流释放可放电2 h，以500 mA的电流释放可放电4 h，以此类推)。若关闭液晶屏时可拍摄照片800张左右，则每拍一张照片消耗的电能约为多少？若打开液晶屏时可拍摄照片300张左右，则每拍一张照片液晶屏消耗的电能约为多少？

解析该锂电池所存储的电能E电＝Eq＝EIt＝3.6×2 000×10－3×3 600 J＝25 920 J，关闭液晶屏时可拍摄照片800张左右，则每拍一张照片所消耗的电能约为25 920

800J＝32.4 J；打开液晶屏时可拍摄照片300张左右，则此时每拍一张照片

消耗的电能约为25 920

300J＝86.4 J，则每拍一张照片液晶屏消耗的电能约为86.4 J －32.4 J＝54.0 J。

答案32.4 J54.0 J