1、第2节 电动势(教师参考)一、教学目标 知识与技能 理解电动势的概念及定义式.知道电动势是表征电源特性的物理量 从能量转化的角度理解电动势的物理意义 过程与方法 通过类比的方法使学生加深对概念的理解 情感态度与价值观 了解生活中电池,感受现代科技的不断进步 二、教学重点难点 教学重点 电动势的概念 教学难点 对电源内部非静电力做功的理解 三、重难点突破方略 电动势概念建立的突破方略【事例比较】1.某种纽扣电池非静电力把3 C正电荷在电源内从负极移送到正极时做9.0 J的功,把9.0 J化学能转化成9.0 J的电势能;2.某种蓄电池非静电力把1 C正电荷在电源内从负极移送到正极时做 6.0 J的
2、功,把6.0 J化学能转化成6.0 J的电势能;(设问1)纽扣电池的非静电力做功9.0 J,是两种电源中做功最多的,那么,是不是纽扣电池的非静电力做功的本领大呢?为什么?答案:不是.蓄电池的非静电力把1 C正电荷在电源内从负极移送到正极做的功是6.0 J,如果纽扣电池的非静电力把1 C正电荷在电源内从负极移送到正极做功只有3.0 J,所以纽扣电池的非静电力做功的本领不如蓄电池.(设问2)该如何描述非静电力做功的本领呢?答案:非静电力把相同数量的电荷从电源的一个极搬运到另一个极,做功越多,电荷获得的电势能就越多,可以用非静电力做功与电荷量的比值来反映非静电力做功的本领.【教师讲授】物理学中用电动
3、势表示电源非静电力做功本领的这一特性.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.自主学习课堂探究达标测评自主学习 课前预习感悟新知(教师参考)情境链接一 电源的种类比较多,干电池、蓄电池、充电锂电池、发电机等都是电源,目前南京大学材料系的“概念电池”已正式进入南京高科技转化市场,它只需要接受阳光,便可以像植物的光合作用一样捕捉其中的能量,进而产生电能.那么,电池都是怎样工作的呢?(1)在内、外电路中,正电荷的移动方向各是怎样的?(2)不同的电池在把其他形式的能量转化为电能时,怎样表示其转化本领?信息 1.在外电路中,正电荷在静电力作用下从电源的正极流向负极;在
4、内电路中,正电荷在非静电力作用下从电源负极流向正极.2.用电动势表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小.情境链接二 人体温差电池中有一个可感应温差的硅芯片,硅芯片正面“感受”到的温度较之背面温度具有一定温差时,其内部电子就会产生定向流动.只要在人体皮肤与衣服等之间有5摄氏度的温差,就可以利用这种电池为一块普通的腕表提供足够的能量.温差电池内部是静电力使电子产生定向流动的吗?温差电池把哪种能量转化为电能?信息 温差电池内部是非静电力使电子产生定向流动,非静电力做功使电子电势能增加.温差电池将内能(人体热量)转化为电能.教材梳理 一、电源 阅读教材第43页内容,知道非静电力做功使哪些种类的能量
5、进行了转化.1.概念:通过 做功把 的能转化为电势能的装置.2.作用:(1)外电路:正电荷从电源 流向 ,形成持续电流.(2)内电路:电源提供“非静电力”,通过这种力做功,把正电荷从 搬运到 ,使电荷的电势能增加.想一想 教材第43页图2.2-1中,若非静电力使负电荷移动,则把负电荷从电源的哪极移到哪极?答案:非静电力使负电荷在电源内部由正极移至负极.非静电力 其他形式 正极 负极 负极 正极 二、电源的参数电动势、内阻、容量 阅读教材第44页内容,知道电动势是表示电源非静电力做功本领的物理量,了解电动势概念形成的过程,知道电动势的单位.1.电动势:(1)物理意义:反映电源 做功本领的大小.(
6、2)大小:在数值上等于非静电力把 在电源内从负极移送到正极所做的功.即E=.(3)单位:在国际单位制中为 ,简称伏,符号为V.(4)决定因素:由电源中 的特性决定,跟电源的体积无关,跟 .也无关.2.内阻:电源 导体的电阻.3.容量:电池放电时能输出的 ,其单位为Ah或mAh.非静电力 1 C的正电荷 W/q 伏特 非静电力 外电路 内部 总电荷量 议一议 电动势是用比值定义的物理量,那么电动势完整的定义应该怎样说?答案:电源内部非静电力对电荷所做的功W与电荷的电荷量q的比值叫做电源的电动势.自主检测 1.关于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
7、一物理量的不同 叫法 B.电动势就是两点间的电压 C.电动势公式E=W/q中的W为静电力做的功 D.电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量 D 解析:电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领大小的物理量,而电压则是两点间的电势差,两者虽然单位相同,数值上有一定关系,但存在本质的区别,电动势公式 E=Wq 中的 W 为非静电力做功.故选项 A,B,C 错误,D 正确.2.(多选)关于电源和电动势,下列说法中正确的是()A.电源可将其他形式的能转化为电能 B.把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势也将变化 C.电源就是产生电荷的装置 D.电源的电动势越大,非静电力将单位正电
8、荷从负极移送到正极做的功一定越多 AD 解析: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,选项 A 正确;电动势的大小是由电源本身决定的,与电源所接电路无关,选项 B 错误;电荷是由电路中的导线提供,导线中的恒定电场和电源提供的非静电力使得这些自由电荷能够自由移动,选项 C 错误;电源的电动势 E=Wq 在数值上等于非静电力将单位正电荷从负极移送到正极做的功,电源的电动势越大,非静电力将单位正电荷从负极移送到正极做的功一定越多,选项 D 正确.3.(多选)某蓄电池组的电动势为9 V,这表示()A.电路中每通过1 C的电荷量,电源就把9 J的化学能转化为电能 B.蓄电池组在1 s内将9
9、 J的化学能转化为电能 C.该蓄电池组将1 C正电荷从负极搬运到正极时非静电力做功一定是9 J D.该电池组把化学能转化为电能的本领比电动势为12 V的蓄电池组强 解析:蓄电池组的电动势为9 V,说明电路中每通过1 C的电荷量,电源就把9 J的化学能转化为电能,选项A正确、B错误;由电动势的定义可知选项C正确;电动势越大,则电源把其他形式的能转化为电能的本领越大,故选项D错误.AC 4.(多选)关于电动势,下列说法中正确的是()A.一个电源的电动势的大小只由电源本身决定,与外电路无关 B.因电动势的单位和电势差相同,所以电动势实质上就是电势差 C.一个电动势为1.5 V的干电池接入电路时,若有
10、1 C的电荷量通过电路,就有1.5 J的化学能转变成电能 D.电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内由负极送到正极所做的功 ACD 解析:电源的电动势由电源中非静电力的特性决定,与外电路无关,选项A正确;电动势是描述电源把其他形式的能转化为电势能本领大小的物理量,而电压是两点间的电势差,选项B错误;电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内部由负极移送到正极所做的功,选项C,D正确.课堂探究 核心导学要点探究 要点一 对电源工作原理理解【问题导引】如图所示,在外电路,电流由电源正极流向负极,即从高电势流到低电势,电流在电源内部只能从负极流向正极,即从低电势流到高电势.根据电
11、场知识可知,静电力不可能使电流从低电势流向高电势,反而起阻碍作用.(1)是什么力把正电荷从电源的负极搬运到电源的正极?(2)电源中的能量是如何转化的?答案:(1)在电源的内部,正电荷在非静电力作用下从负极到达正极.(2)非静电力把正电荷从电源负极移到正极克服静电力做功,其他形式的能转化为电能.【例1】下列关于电源的说法中正确的是()A.在外电路和电源内部,正电荷都受到静电力的作用,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,正电荷能从负极移动到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
12、少,非静电力移动电荷做功电势能增加 D 思路探究(1)静电力移动电荷时能量如何转化?答案:静电力移动电荷时,静电力做正功,电荷的电势能减少,即电能转化为其他形式的能.(2)在电源内部,电场方向如何?答案:在电源内部,电场方向从电源正极指向电源负极.解析:在外电路,电荷是靠静电力作用而定向移动的,在电源内部电荷受到静电力和非静电力作用,其中非静电力为动力、静电力为阻力,非静电力做正功,把其他形式的能转化为电能,故选项D正确.误区警示 静电力与非静电力做功的区别 非静电力只在电源内部对电荷做功,将其他形式的能转化为电能,但静电力在整个闭合电路上都要做功,将电能转化为其他形式的能,在整个电路上,非静
13、电力做的功与静电力做的功相等.(教师备用)例1-1:(多选)关于电源,下列说法中正确的是()A.不同大小的干电池具有相同的电动势 B.在电源内部其他形式的能转化为电能 C.在电源内部,电源依靠静电力搬移电荷 D.电源就是产生电荷的装置 解析:电动势的大小由电源中非静电力的特性决定,与体积的大小无关,选项A正确;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,选项B正确,C错误;电源能够不断移动电荷,但并不能产生电荷,选项D错误.AB 针对训练1:(多选)关于电源和电动势,下列说法中正确的是()A.在电源内部把正电荷从负极移动到正极,非静电力做功,电势能增加 B.对于给定的电源,移动正电荷非
14、静电力做功越多,电动势就越大 C.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所做的功越多 D.电动势越大,说明非静电力在电源内部把正电荷从负极移送到正极的电荷量越多 解析:在电源内部把正电荷从负极移动到正极的过程中,非静电力做正功、静电力做负功,则正电荷的电势能增加,选项A正确;对于给定的电源,电动势已确定,与其他因素无关,选项B错误;由电动势的定义可知电动势越大,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所做的功越多,选项C正确;电动势与移送的电荷量无必然关系,选项D错误.AC 要点二 对电动势的理解【问题导引】日常生活中我们经常接触到各种各样的电源,如图所示的干
15、电池、手机电池,它们有的标有“1.5 V”字样,有的标有“3.7 V”字样.如果把1 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极,电荷的电势能增加了多少?非静电力做了多少功?如果把1 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢?哪个电池做功本领大?答案:从1.5 V干电池的负极移到正极,电势能增加了1.5 J,非静电力做功1.5 J;从3.7 V手机电池的负极移到正极,电势能增加了3.7 J,非静电力做功3.7 J.3.7 V手机电池做功本领大.【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.
16、电源内部电流的方向:由电源负极指向正极.3.公式 E=Wq 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.【例2】有一电动势为1.2 V的计算器电池,若在电路中用1.2 s时间移送2 C的电荷量,则(1)电池把多少焦耳的其他形式的能转化为电能?(2)非静电力做功的功率多大?思路探究(1)怎样计算电池把其他形式的能转化为电能的多少?答案:利用 E=Wq 求出非静电力所做的功,其大小就等于转化为电能的
17、 多少.(2)怎样求非静电力做功的功率?答案:若能求出某段时间非静电力做的功,则功率 P=Wt.(2)非静电力做功也为 2.4 J,由 P=Wt得 P=2.4J1.2s=2 W.解析:(1)由W=qE=21.2 J=2.4 J,故电池把2.4 J的其他形式的能转化为电能.答案:(1)2.4 J(2)2 W 规律方法 电源和电路中都有能量的转化,功是能量转化的量度,静电力做功是消耗电能,而非静电力做功是将其他形式的能转化为电能.(教师备用)变式:若用一电源对某一电阻供电,电路中的电流为2 A,在10 s内电源做功为180 J,则电源的电动势为多少?解析:10 s 内电路中移动的电荷量 q=210
18、 C=20 C.电源所做的功等于非静电力做的功,即 W=180 J.根据 E=Wq 得 E=18020 V=9 V.答案:9 V 例2-1:某品牌的MP3使用的电源是一节7号干电池,当它正常工作时,其工作电流为0.3 A.某同学在一次使用该MP3时,若他用了10 s,则这段时间内电池将多少化学能转化为电能?解析:已知工作电流I=0.3 A,10 s时间内通过电路的电荷量q=It=0.310 C=3 C.7号干电池电动势为1.5 V.则根据能量守恒定律,电池将化学能转化为电能的量等于非静电力移动电荷所做的功W=qE=31.5 J=4.5 J.答案:4.5 J 解析:(1)由 I=qt得 I=12
19、060 A=2 A.针对训练2:电动势为20 V的电源向外供电,已知它在1 min时间内移动120 C的电荷量,则:(1)这个回路中的电流是多大?(2)电源提供了多少电能?(3)非静电力做功的功率是多大?(2)根据 E=Wq 得非静电力做功 W=12020 J=2 400 J.即电源提供的电能为 2 400 J.(3)非静电力做功的功率 P=Wt=240060 W=40 W.答案:(1)2 A(2)2 400 J(3)40 W(教师参考)【教材探究】抽水机抽水的过程与电源工作的过程类似,它们的工作图示如图所示.抽水机把处于低处的水池B中的水送到高处的水池A,而电源则把处于具有较小电势能的正电荷
20、由电源负极移送到正极而具有较大的电势能,它们的工作有何类同?答案:抽水机依靠外力做功使水增加了重力势能;电源则依靠非静电力做功使电荷增加了电势能而获得电能.达标测评 随堂演练检测效果 1.下列关于电源和电源电动势的说法正确的是()A.电源是通过静电力把其他形式的能转化为电能的装置 B.在电源内部正电荷从低电势处向高电势处移动 C.电源电动势反映了电源内部静电力做功的本领 D.把同一电源接在不同的电路中,电源的电动势也将变化 解析:电源内正电荷在非静电力下从低电势处(负极)移向高电势处(正极),把其他形式的能转化为电能,选项A错,B对;电源电动势反映电源内非静电力做功的本领,与是否接入电路或接到
21、不同电路均无关,选项C,D错.B 2.某柴油发电机工作时,电流为5 A,经过2 min时间,发电机产生电能为1.32105 J,则该发电机的电动势为()A.1 100 V B.550 V C.220 V D.110 V C 解析:2 min 内通过电路的电荷量为 q=5260 C=600 C,由 E=W/q 得E=51.32 10600V=220 V,选项 C 正确.3.(2016南昌市二中月考)(多选)以下说法中正确的是()A.电源的作用是维持导体两端的电压,使电路中有持续的电流 B.在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力 C.静电力与非静电力都可以使电荷移
22、动,所以本质上都是使电荷的电势能减少 D.静电力移动电荷做功电荷电势能减少,非静电力移动电荷做功电荷电势能增加 AD 解析:电源的作用是提供电压,使得自由电荷形成定向移动,形成电流,故选项A正确;在电源内部正电荷能从负极到正极,既有静电力作用,又有非静电力作用,故选项B错误;静电力移动电荷做功电荷电势能 减少,非静电力移动电荷做功电荷电势能增加,故选项C错误,D正确.4.一架数码相机中的锂电池的电动势为3.6 V,容量为1 000 mA h.若关闭液晶屏时可拍摄照片400张左右,则每拍一张照片所消耗的电能约为 J;若打开液晶屏时可拍摄照片150张左右,则每拍一张照片液晶屏消耗的电能约为 J.解析:锂电池的总电荷量 q=1 00010-33 600 C=3.6103 C.储存的电能 W=Eq=3.63.6103 J=1.296104 J.若关闭液晶屏时可拍摄照片 400 张左右,则每拍摄一张照片所消耗的电能约为 12 960/400 J=32.4 J;若打开液晶屏时可拍摄照片 150 张左右,则每拍摄一张照片液晶屏消耗的电能约为(41.296 10150-32.4)J=54.0 J.答案:32.4 54.0(教师参考)课堂小结 点击进入课时训练
