202X学年高中物理第二章恒定电流第2节电动势课件新人教版选修3_1

1、第第2 2节电动势节电动势【学习目标】【学习目标】 1. 1.知道电源是将其他形式能转化为电势能的装置知道电源是将其他形式能转化为电势能的装置.2.2.了解了解电路中静电力和非静电力做功与能量转化的关系电路中静电力和非静电力做功与能量转化的关系.3.3.了解电源电动势的根了解电源电动势的根本含义本含义, ,知道它的定义式知道它的定义式, ,了解电源的内阻了解电源的内阻. .根底知识根底知识核心要点核心要点学习效果学习效果核心素养核心素养根底知识根底知识 探究探究教材探究教材探究知识点一知识点一电源的作用电源的作用【问题导学问题导学】(1)(1)如图如图1,1,水池水池A,BA,B的水面有一定的

2、高度差的水面有一定的高度差, ,假设在假设在A,BA,B之间用一细管连起来之间用一细管连起来, ,那么水在重力的作用下定向运动那么水在重力的作用下定向运动,A,B,A,B之间的高度差很快消失之间的高度差很快消失. .在这种情况下在这种情况下, ,水管中只有一个短暂水流水管中只有一个短暂水流. .怎样才能保持怎样才能保持A,BA,B之间的高度差之间的高度差, ,在在A,BA,B之间形成之间形成持续的水流呢持续的水流呢? ?答案答案: :(1)(1)需要加一个抽水机需要加一个抽水机, ,把水池把水池B B中的水抽到水池中的水抽到水池A A中中. .(2)(2)如图如图2 2所示所示, ,电源在电路

3、中的作用相当于抽水机的作用电源在电路中的作用相当于抽水机的作用, ,它能不断地将流它能不断地将流到负极的正电荷搬运到正极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从而保持正、负极有稳定的电势差, ,维持电路维持电路中有持续的电流中有持续的电流. .电源是通过什么力做功实现这个功能的电源是通过什么力做功实现这个功能的? ?答案答案: :(2)(2)通过非静电力做功通过非静电力做功. .(3)(3)比照上述抽水过程和电荷在电路中的运动比照上述抽水过程和电荷在电路中的运动, ,分析它们的能量转化情况分析它们的能量转化情况. .答案答案:(3):(3)当水由当水由A A池流向池流向B

4、 B池时重力做正功池时重力做正功, ,减少的重力势能转化为其减少的重力势能转化为其他形式的能他形式的能; ;在电源外部在电源外部, ,静电力对正电荷做正功静电力对正电荷做正功, ,减少的电势能转化为减少的电势能转化为其他形式的能其他形式的能; ;当抽水机将当抽水机将B B中的水抽到中的水抽到A A的过程中的过程中, ,要抑制水的重力做要抑制水的重力做功功, ,将其他形式的能转化为水的重力势能将其他形式的能转化为水的重力势能; ;在电源内部在电源内部, ,要靠非静电力作要靠非静电力作用于正电荷抑制静电力做功用于正电荷抑制静电力做功, ,将其他形式的能转化为电荷的电势能将其他形式的能转化为电荷的电

5、势能. .【知识梳理知识梳理】 1.1.非静电力的作用非静电力的作用: :把正电荷由把正电荷由 搬运到搬运到 , ,同时在该过程同时在该过程中非静电力做功中非静电力做功, ,将将 能量转化为电势能能量转化为电势能. .2.2.非静电力的实质非静电力的实质: :在电池中是指在电池中是指 , ,在发电机中是指在发电机中是指 . .3.3.电源电源(1)(1)概念概念: :通过非静电力做功把通过非静电力做功把 转化为转化为 的装置的装置. .(2)(2)能量转化能量转化: :在电源内部在电源内部, ,非静电力做正功非静电力做正功, ,其他形式的能转化为其他形式的能转化为 , ,在电源外部在电源外部,

6、 , 做正功做正功, ,电能转化为其他形式的能电能转化为其他形式的能. .负极负极正极正极其他形式的其他形式的化学作用化学作用电磁作用电磁作用其他形式的能其他形式的能电势能电势能电能电能静电力静电力知识点二知识点二电源的参数电源的参数电动势、内阻与容量电动势、内阻与容量【问题导学问题导学】日常生活中经常接触到各种各样的电源日常生活中经常接触到各种各样的电源, ,如下图的干电池、手机电池如下图的干电池、手机电池, ,它它们有的标有们有的标有“1.5 V“1.5 V字样字样, ,有的标有有的标有“3.7 V“3.7 V字样字样. .如果把如果把1 C1 C的正电荷从的正电荷从1.5 V1.5 V干

7、电池的负极移到正极干电池的负极移到正极, ,电荷的电势能增加电荷的电势能增加了多少了多少? ?非静电力做了多少功非静电力做了多少功? ?如果把如果把1 C1 C的正电荷从的正电荷从3.7 V3.7 V的手机电池的的手机电池的负极移到正极呢负极移到正极呢? ?哪个电池做功本领大哪个电池做功本领大? ?答案答案: :从从1.5 V1.5 V干电池的负极移到正极干电池的负极移到正极, ,电势能增加了电势能增加了1.5 J,1.5 J,非静电力做非静电力做功功1.5 J;1.5 J;从从3.7 V3.7 V手机电池的负极移到正极手机电池的负极移到正极, ,电势能增加了电势能增加了3.7 J,3.7 J

8、,非静电非静电力做功力做功3.7 J.3.7 V3.7 J.3.7 V手机电池做功本领大手机电池做功本领大. .1.1.电动势电动势(1)(1)概念概念: :在电源内部在电源内部, ,非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功W W与与 . . 的比值的比值. .(2)(2)大小大小: :在数值上等于非静电力把在数值上等于非静电力把 的正电荷在电源内部从负极移送的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功到正极所做的功. .即即E= .E= .单位单位: :伏特伏特(V).(V). (3)(3)物理意义物理意义: :反映电源反映电源 做功本领大小的物理量做功

9、本领大小的物理量. .(4)(4)大小的决定因素大小的决定因素: :由电源中由电源中 的特性决定的特性决定, ,跟电源的体积无跟电源的体积无关关, ,跟跟 也无关也无关. .被被【知识梳理知识梳理】Wq非移送电荷移送电荷q q1 C1 C非静电力非静电力非静电力非静电力外电路外电路2.2.内阻内阻: :电源电源 导体的电阻导体的电阻. .3.3.容量容量: :电池放电时能输出的总电荷量电池放电时能输出的总电荷量, ,其单位是其单位是AhAh或或mAh.mAh.内部内部思考判断思考判断1.1.在电源内部在电源内部, ,电荷移动过程中电荷移动过程中, ,静电力做负功静电力做负功, ,非静电力做正功

10、非静电力做正功, ,电荷电势电荷电势能增加能增加.(.( ) )2.2.在电源内部在电源内部, ,正电荷能从负极流到正极正电荷能从负极流到正极, ,是因为电源内部只存在非静电力是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力而不存在静电力.(.( ) )3.3.电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比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跟通过的电荷量成反比. .( ( ) )4.4.电动势的单位跟电压的单位一致电动势的单位跟电压的单位一致, ,所以电动势就是电源两极间的电压所以电动势就是电源两极间的电压. .( ( ) )5.E= 5.E= 只是电动势的定义式而非决定式

11、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电动势的大小由电源内非静电力的特性决定特性决定.(.( ) )Wq核心要点核心要点 突破突破要点一要点一电源工作原理的理解电源工作原理的理解1.1.电源是搬运电荷装置电源是搬运电荷装置(1)(1)如下图如下图, ,在电源外部在电源外部, ,在静电力作用下在静电力作用下, ,正电荷从正极流到负极正电荷从正极流到负极; ;在电源在电源内部内部, ,非静电力又将正电荷从负极搬运到非静电力又将正电荷从负极搬运到正极正极, ,这样电路中有持续的电流这样电路中有持续的电流. .(2)(2)在电源内部非静电力作用下在电源内部非静电力作用下, ,

12、正极持续聚集正电荷正极持续聚集正电荷, ,电势较高电势较高, ,所以电所以电源使正、负极保持有稳定的电势差源使正、负极保持有稳定的电势差. .2.2.电源是能量转化电源是能量转化的装置的装置(1)(1)在电源外部在电源外部, ,静电力对正电荷做正功静电力对正电荷做正功, ,减少的电势能转化为其他形式减少的电势能转化为其他形式的能的能; ;(2)(2)在电源内部在电源内部, ,要靠非静电力作用于正电荷抑制静电力做功要靠非静电力作用于正电荷抑制静电力做功, ,将其他形将其他形式的能转化为电荷的电势能式的能转化为电荷的电势能. .状元心得状元心得在电池中在电池中, ,非静电力是化学作用非静电力是化学

13、作用, ,它使化学能转化为电势能它使化学能转化为电势能; ;在发电机中在发电机中, ,非静电力是电磁作用非静电力是电磁作用, ,它使机械能转化为电势能它使机械能转化为电势能. .【例【例1 1】 (2021 (2021黑龙江齐齐哈尔八中高二测试黑龙江齐齐哈尔八中高二测试) )以下说法中正确的选项是以下说法中正确的选项是( () )A.A.在外电路和电源内部在外电路和电源内部, ,正电荷都受静电力作用正电荷都受静电力作用, ,所以能不断地定向移动形所以能不断地定向移动形成电流成电流B.B.静电力与非静电力都可以使电荷移动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所以本质上

14、都是使电荷的电势能减少减少C.C.在电源内部在电源内部, ,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而不存在静电力D.D.静电力移动电荷做功静电力移动电荷做功, ,电势能减小电势能减小; ;非静电力移动电荷做功非静电力移动电荷做功, ,电势能增加电势能增加思路探究思路探究 (1) (1)在闭合电路中在闭合电路中, ,电源内部电源内部, ,是什么力做功是什么力做功, ,将其他形式将其他形式的能转化为电能的能转化为电能? ?(2)(2)在电源外部在电源外部, ,是什么力做功是什么力做功, ,将电能转化为其他形式的能将电能转化

15、为其他形式的能? ?答案答案:(1):(1)电源内部电源内部, ,非静电力做功非静电力做功, ,将其他形式的能转化为电能将其他形式的能转化为电能;(2);(2)在电在电源外部静电力做功将电能转化为其他形式的能源外部静电力做功将电能转化为其他形式的能. .解析解析: :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内部和外部都存在着由正极指向负极的电场, ,在电源外部在电源外部, ,正电荷受静电力作用正电荷受静电力作用, ,能不断地定向移动形成电流能不断地定向移动形成电流, ,此过程静电力做正功此过程静电力做正功使电荷的电势能减少使电荷的电势能减少, ,在电源内部在电源内部, ,正电荷受静电

16、力方向与移动方向相反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而非静电力使正电荷由负极移动到正极, ,抑制静电力做功抑制静电力做功, ,使电荷的电势能增加使电荷的电势能增加, ,应选项应选项D D正确正确. .答案答案:D :D 误区警示误区警示静电力与非静电力做功的区别静电力与非静电力做功的区别(1)(1)非静电力只在电源内部对电荷做功非静电力只在电源内部对电荷做功, ,但静电力在整个闭合电路上都要但静电力在整个闭合电路上都要做功做功. .(2)(2)非静电力对电荷做功非静电力对电荷做功, ,将其他形式的

17、能转化为电能将其他形式的能转化为电能; ;静电力对电荷做静电力对电荷做功功, ,将电能转化其他形式的能将电能转化其他形式的能. .在整个电路上在整个电路上, ,非静电力做的功与静电力非静电力做的功与静电力做的功相等做的功相等. .【针对训练【针对训练1 1】 (2021 (2021甘肃白银一中高二检测甘肃白银一中高二检测)()(多项选择多项选择) )关于电源关于电源, ,以以下说法中正确的选项是下说法中正确的选项是( ( ) )A.A.电源可将其他形式的能转化为电能电源可将其他形式的能转化为电能B.B.在电源内部在电源内部, ,其他形式的能转化为电能其他形式的能转化为电能C.C.在电源内部在电

18、源内部, ,电源依靠库仑力搬运电荷电源依靠库仑力搬运电荷D.D.电源就是产生电荷的装置电源就是产生电荷的装置ABAB解析解析: :电源是将其他形式的能转化为电能的装置电源是将其他形式的能转化为电能的装置, ,选项选项A A正确正确; ;在电源内部在电源内部依靠非静电力做功将其他形式的能转化为电能依靠非静电力做功将其他形式的能转化为电能, ,选项选项B B正确正确,C,C错误错误; ;电源电源能够不断移动电荷能够不断移动电荷, ,不能产生电荷不能产生电荷, ,选项选项D D错误错误. .要点二要点二对电动势的理解对电动势的理解1.1.概念理解概念理解(1)(1)不同电源的电动势不同不同电源的电动

19、势不同对于不同电源对于不同电源, ,电动势越大电动势越大, ,表示将其他形式的能转化为电能的本领越大表示将其他形式的能转化为电能的本领越大, ,其实质是非静电力做功的本领越大其实质是非静电力做功的本领越大, ,即把一样数量的正电荷在电源内部即把一样数量的正电荷在电源内部从负极搬运到正极过程中从负极搬运到正极过程中, ,非静电力做功就越多非静电力做功就越多. .(2)(2)电动势是标量电动势是标量, ,但为研究问题的方便但为研究问题的方便, ,常认为电动势有方向常认为电动势有方向, ,规定其方规定其方向为电源内部电流的方向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即在电源内部由电

20、源负极指向正极. .2.2.电动势和电压的区别与联系电动势和电压的区别与联系物理量物理量比较内容比较内容电压电压U U电动势电动势E E物理意义物理意义静电力做功静电力做功, ,电能转化电能转化为其他形式的能的本领为其他形式的能的本领, ,表征电场的性质表征电场的性质非静电力做功非静电力做功, ,其他形式其他形式的能转化为电能的本领的能转化为电能的本领, ,表征电源的性质表征电源的性质定义式定义式U= U= ,W,W为静电力做的功为静电力做的功 ,W,W为非静电为非静电力做的功力做的功单位单位伏特伏特(V)(V)伏特伏特(V)(V)联系联系电动势等于电源未接入电路时两极间的电压值电动势等于电源

21、未接入电路时两极间的电压值WqWEq状元心得状元心得1)E= 1)E= 是电动势的定义式而不是决定式是电动势的定义式而不是决定式,E,E的大小与的大小与W W和和q q无关无关, ,是由电是由电源自身的性质决定的源自身的性质决定的. .2)2)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力做功的数值. .一定要注意必须是一定要注意必须是“单位正电荷单位正电荷, ,而不是而不是“任意电荷任意电荷. .Wq【例【例2 2】 (2021 (2021福建三明一中高二测试改编福建三明一中高二测试改编) )铅蓄电池的电

22、动势为铅蓄电池的电动势为2 V,2 V,一一节干电池的电动势为节干电池的电动势为1.5 V,1.5 V,将铅蓄电池和干电池分别接入电路将铅蓄电池和干电池分别接入电路, ,两个电路两个电路中的电流分别为中的电流分别为0.1 A0.1 A和和0.2 A.0.2 A.(1)(1)铅蓄电池接入电路工作铅蓄电池接入电路工作40 s,40 s,电源所消耗的化学能为多少电源所消耗的化学能为多少? ?(2)(2)干电池接入电路工作干电池接入电路工作20 s,20 s,电源所消耗的化学能为多少电源所消耗的化学能为多少? ?(3)(3)哪一个把化学能转化为电能的本领更大哪一个把化学能转化为电能的本领更大? ?思维

23、导图思维导图 解析解析: :(1)(1)对于铅蓄电池所在电路对于铅蓄电池所在电路,40 s,40 s时间内通过的电荷量时间内通过的电荷量q q1 1=I=I1 1t t1 1=4 C;=4 C;铅蓄电池消耗的化学能铅蓄电池消耗的化学能W W1 1=q=q1 1E E1 1=8 J.=8 J.(2)(2)对于干电池所在电路对于干电池所在电路,20 s,20 s时间内通过的电荷量时间内通过的电荷量q q2 2=I=I2 2t t2 2=4 C.=4 C.干电池消耗的化学能干电池消耗的化学能W W2 2=q=q2 2E E2 2=6 J.=6 J.(3)(3)因为因为E E1 1EE2 2, ,故铅

24、蓄电池把化学能转化为电能的本领大故铅蓄电池把化学能转化为电能的本领大. .电动势表征电电动势表征电源的转化本领源的转化本领. .答案答案: :(1)8 J(1)8 J(2)6 J(2)6 J(3)(3)铅蓄电池铅蓄电池方法总结方法总结电源消耗其他形式的能的计算电源消耗其他形式的能的计算电动势只是表征电源的转化本领电动势只是表征电源的转化本领, ,电源消耗其他形式的能的多少还与电电源消耗其他形式的能的多少还与电流、工作时间有关流、工作时间有关, ,计算时可用计算时可用W=qEW=qE或或W=EIt.W=EIt.【针对训练【针对训练2 2】 以下有关电动势的说法正确的选项是以下有关电动势的说法正确

25、的选项是( ( ) )A.A.电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比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跟通过的电荷量成反比B.B.电动势的单位跟电压的单位一致电动势的单位跟电压的单位一致, ,所以电动势就是电源两极间的电压所以电动势就是电源两极间的电压C.C.非静电力做功越多非静电力做功越多, ,电动势就越大电动势就越大D.E= D.E= 只是电动势的定义式而非决定式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电动势的大小由电源内非静电力的特性决定的特性决定WqD D【针对训练【针对训练3 3】 (2021 (2021江西抚州东乡县一中高二测

26、试江西抚州东乡县一中高二测试) )将电动势为将电动势为3 V3 V的电源接入电路中的电源接入电路中, ,测得电源两极间的电压为测得电源两极间的电压为2.4 V,2.4 V,当电路中有当电路中有6 C6 C的电的电荷流过时荷流过时, ,求求: :(1)(1)有多少其他形式的能转化为电能有多少其他形式的能转化为电能; ;解析解析: :(1)W=Eq=3(1)W=Eq=36 J=18 J,6 J=18 J,电源中共有电源中共有18 J18 J其他形式的能转化为电能其他形式的能转化为电能. .答案答案: :(1)18 J(1)18 J(2)(2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能外电路中有多少电能转

27、化为其他形式的能; ;(3)(3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能内电路中有多少电能转化为其他形式的能. .解析解析: :(2)W(2)W1 1=U=U1 1q=2.4q=2.46 J=14.4 J,6 J=14.4 J,外电路中共有外电路中共有14.4 J14.4 J的电能转化为的电能转化为其他形式的能其他形式的能. .(3)W(3)W2 2=W-W=W-W1 1=3.6 J,=3.6 J,内电路中有内电路中有3.6 J3.6 J电能转化为其他形式的能电能转化为其他形式的能. .答案答案: :(2)14.4 J(2)14.4 J(3)3.6 J(3)3.6 J学习效果学习效果 检测检测1

28、.1.一节干电池的电动势为一节干电池的电动势为1.5 V,1.5 V,这表示这表示( ( ) )A.A.电池中每通过电池中每通过1 C1 C的电荷量的电荷量, ,该电池能将该电池能将1.5 J1.5 J的化学能转变成电势能的化学能转变成电势能B.B.该电池接入电路工作时该电池接入电路工作时, ,电池两极间的电压恒为电池两极间的电压恒为1.5 V1.5 VC.C.该电池存储的电能一定比电动势为该电池存储的电能一定比电动势为1.2 V1.2 V的电池存储的电能多的电池存储的电能多D.D.将将1 C1 C的电子由该电池负极移送到正极的过程中的电子由该电池负极移送到正极的过程中, ,非静电力做了非静电

29、力做了1.5 J1.5 J的功的功A A解析解析: :电动势大小表示电池中每通过电动势大小表示电池中每通过1 C1 C的电荷量的电荷量, ,电池将其他形式的能电池将其他形式的能量转化为电势能本领的大小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并非表示电池内部储存的能量大小, ,选项选项A A正确正确,C,C错误错误; ;电动势大小等于电池接入电路前两极之间的电压大小电动势大小等于电池接入电路前两极之间的电压大小, ,选选项项B B错误错误; ;电动势为电动势为1.5 V,1.5 V,表示电池内部非静电力将表示电池内部非静电力将1 C1 C的电子由电源正的电子由电源正极移送到负

30、极过程中所做功的大小极移送到负极过程中所做功的大小, ,选项选项D D错误错误. .2.(2.(多项选择多项选择) )关于电源的作用关于电源的作用, ,以下说法中正确的选项是以下说法中正确的选项是( ( ) )A.A.在电源内部把电子从负极搬运到正极在电源内部把电子从负极搬运到正极B.B.在电源内部把电子从正极搬运到负极在电源内部把电子从正极搬运到负极C.C.把电能转化为其他形式的能把电能转化为其他形式的能D.D.把其他形式的能转化为电能把其他形式的能转化为电能BDBD解析解析: :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, ,静电力做静

31、电力做负功负功, ,选项选项A A错误错误,B,B正确正确; ;从能量守恒的角度看从能量守恒的角度看, ,电源内部把其他形式的能电源内部把其他形式的能转化为电能转化为电能, ,选项选项C C错误错误,D,D正确正确. .3.(20213.(2021辽宁葫芦岛高级中学高二月考辽宁葫芦岛高级中学高二月考) )一台发电机用一台发电机用0.5 A0.5 A的电流向外的电流向外输电输电, ,在在1 min1 min内将内将180 J180 J的机械能转化为电能的机械能转化为电能, ,那么发电机的电动势为那么发电机的电动势为( ( ) )A.6 V A.6 V B.360 VB.360 V C.120 V C.120 V D.12 V D.12 VA A4.4.由六节干电池由六节干电池( (每节的电动势为每节的电动势为1.5 V)1.5 V)串联组成的电池组串联组成的电池组,