（山東省專用）2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 恒定電流 第2節(jié) 電動(dòng)勢(shì)講義（含解析）新人教版選修3-1.doc

第2節(jié) 電動(dòng)勢(shì)1.電動(dòng)勢(shì)與電壓的單位都是伏特，但二者意義不同，電動(dòng)勢(shì)是表征電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小的物理量，電動(dòng)勢(shì)的大小僅取決于電源本身。2電動(dòng)勢(shì)的定義式為E，電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是電源的兩個(gè)重要參數(shù)。3干電池的電動(dòng)勢(shì)一般為1.5 V，不同型號(hào)的干電池內(nèi)阻不同，容量也不同。一、電源在電路中的作用1非靜電力(1)定義：非靜電力是指電源把正電荷(負(fù)電荷)從負(fù)極(正極)搬運(yùn)到正極(負(fù)極)的過程中做功的力，這種非靜電力做的功，使電荷的電勢(shì)能增加。(2)在電池中，非靜電力是化學(xué)作用，它使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能；在發(fā)電機(jī)中，非靜電力是電磁作用，它使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能。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(shì)能的裝置。(2)不同的電源，非靜電力做功的本領(lǐng)不同，這是由電源本身性質(zhì)決定的。二、電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻1電動(dòng)勢(shì)(1)物理意義：反映電源非靜電力做功的本領(lǐng)的大小。(2)大?。涸跀?shù)值上等于非靜電力把1 C的正電荷在電源內(nèi)部從負(fù)極移送到正極所做的功。即E。(3)單位：伏特(V)。(4)大小的決定因素：由電源中非靜電力的特性決定，跟電源的體積無關(guān)，跟外電路也無關(guān)。(5)常用電池的電動(dòng)勢(shì)干電池鉛蓄電池鋰電池鋅汞電池1.5 V2 V3 V或3.6 V1.2 V2內(nèi)阻：電源內(nèi)部導(dǎo)體的電阻。3容量：電池放電時(shí)能輸出的總電荷量，其單位是：Ah或mAh。1自主思考判一判(1)在電源內(nèi)部，電荷移動(dòng)過程中，電場(chǎng)力做負(fù)功，電荷電勢(shì)能增加。()(2)在電源內(nèi)部，電荷移動(dòng)過程中，非靜電力做正功，電荷電勢(shì)能減少。()(3)所有的電源，均是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。()(4)電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于一秒內(nèi)非靜電力所做的功。()(5)電動(dòng)勢(shì)相同的電池，內(nèi)阻也一定相同。()(6)容量越大的電池，儲(chǔ)存的化學(xué)能越多。()2合作探究議一議(1)電源中，非靜電力的作用是什么？提示：在電源中，非靜電力做功，把一定數(shù)量的正電荷在電源內(nèi)部從負(fù)極搬運(yùn)到正極，使電荷的電勢(shì)能增加，從而把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能。(2)對(duì)于不同型號(hào)的干電池，其電動(dòng)勢(shì)一般都為1.5 V，這說明了什么？提示：電動(dòng)勢(shì)是描述電源屬性的物理量，其大小決定于非靜電力做功的性質(zhì)，與電池體積無關(guān)，不同型號(hào)干電池只是容量不同。對(duì)靜電力和非靜電力的理解1靜電力即電場(chǎng)力，是靜止帶電體之間的作用力，如每一對(duì)靜止的點(diǎn)電荷之間的靜電力均可以用庫侖定律去求解。2非靜電力：除靜電力之外，對(duì)電荷的運(yùn)動(dòng)起促進(jìn)或阻礙作用的力，常見的有化學(xué)力、洛倫茲力、渦旋電場(chǎng)力等。(1)如圖所示，在電源外部的電路里，自由電荷在電場(chǎng)力作用下移動(dòng)，電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能；在電源內(nèi)部自由電荷移動(dòng)的方向與受到的電場(chǎng)力方向相反，移送電荷的不再是電場(chǎng)力，叫做“非靜電力”。非靜電力做功將電荷“移送”到電勢(shì)能高的電極，增加電勢(shì)能(消耗其他形式的能)。所以可以說：電源是通過非靜電力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(2)從能量轉(zhuǎn)化的角度看，電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置。(3)作用：保持兩極間有一定電壓，供給電路電能。1關(guān)于電源的說法，正確的是()A電源向外提供的電能越多，表明電動(dòng)勢(shì)越大B電動(dòng)勢(shì)表示電源將單位正電荷從負(fù)極移到正極時(shí)非靜電力做的功C在電源內(nèi)部，從正極到負(fù)極電勢(shì)逐漸提高D在電源外部，從正極到負(fù)極電勢(shì)逐漸提高解析：選B電源是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。在電源內(nèi)部，非靜電力做功將電荷“移送”到電勢(shì)能高的電極，增加電勢(shì)能。在電源外部電場(chǎng)力做功，正極電勢(shì)高于負(fù)極電勢(shì)。電源提供的電能E電qE，既與電動(dòng)勢(shì)E有關(guān)，又與電荷量q有關(guān)，B選項(xiàng)正確。2以下說法中正確的是()A在外電路和電源內(nèi)部，正電荷都受靜電力作用，所以能不斷地定向移動(dòng)形成電流B靜電力與非靜電力都可以使電荷移動(dòng)，所以本質(zhì)上都是使電荷的電勢(shì)能減少C在電源內(nèi)部，正電荷能從負(fù)極到達(dá)正極是因?yàn)殡娫磧?nèi)部只存在非靜電力而不存在靜電力D靜電力移動(dòng)電荷做功，電勢(shì)能減?。环庆o電力移動(dòng)電荷做功，電勢(shì)能增加解析：選D在電源內(nèi)部和外部都存在著由正極指向負(fù)極的電場(chǎng)，在電源外部，正電荷受靜電力作用，能不斷地定向移動(dòng)形成電流，此過程靜電力做正功使電荷的電勢(shì)能減少，在電源內(nèi)部，正電荷受靜電力方向與移動(dòng)方向相反，靜電力不能使正電荷定向移動(dòng)，而非靜電力使正電荷由負(fù)極移動(dòng)到正極，克服靜電力做功，使電荷的電勢(shì)能增加，故D正確。對(duì)電動(dòng)勢(shì)的理解1概念理解(1)在不同電源中，非靜電力做功的本領(lǐng)不同，即把相同數(shù)量的正電荷在電源內(nèi)部從負(fù)極搬運(yùn)到正極，非靜電力做功的多少不同，電動(dòng)勢(shì)大小也不同。(2)電動(dòng)勢(shì)E是標(biāo)量，為了研究問題方便，規(guī)定電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)殡娫磧?nèi)部電流方向，即沿電源由負(fù)極指向正極。(3)公式E是電動(dòng)勢(shì)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。(4)電動(dòng)勢(shì)的大小：等于在電源的內(nèi)部從負(fù)極到正極移送單位正電荷非靜電力做功的數(shù)值。一定要注意必須是“單位正電荷”，而不是“任意電荷”。2電動(dòng)勢(shì)和電壓(即電勢(shì)差)的區(qū)別與聯(lián)系電壓U電動(dòng)勢(shì)E物理意義電場(chǎng)力做功，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的本領(lǐng)，表征電場(chǎng)的性質(zhì)非靜電力做功，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)，表征電源的性質(zhì)定義式U，W為電場(chǎng)力做的功E，W為非靜電力做的功單位伏特(V)伏特(V)聯(lián)系電動(dòng)勢(shì)等于電源未接入電路時(shí)兩極間的電壓值典例多選如圖為一塊手機(jī)電池的背面印有的一些符號(hào)，下列說法正確的是()A該電池放電時(shí)能輸出的總電荷量為1 800 CB該電池的電動(dòng)勢(shì)為3.6 VC若電池以10 mA的電流工作，可用50 小時(shí)D若兩塊電池串聯(lián)使用電動(dòng)勢(shì)仍為3.6 V解析由電池銘牌可知，B正確。由q500 mAh得，q500103 A3 600 s1 800 C，A正確。由qIt得：t s1.8105 s50 h，C正確。兩電池串聯(lián)使用時(shí)，E總2E7.2 V，D錯(cuò)誤。答案ABC(1)電池的容量就是電池放電時(shí)輸出的總電荷量，其實(shí)際大小與放電電流的大小及放電方式有關(guān)。(2)n個(gè)相同的電池串聯(lián)時(shí)，其總電動(dòng)勢(shì)E總nE，總內(nèi)電阻r總nr。 1一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)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(xué)能轉(zhuǎn)變成電勢(shì)能B該電池接入電路工作時(shí)，電池兩極間的電壓恒為1.5 VC該電池存儲(chǔ)的電能一定比電動(dòng)勢(shì)為1.2 V的電池存儲(chǔ)的電能多D將1 C的電荷由該電池負(fù)極移送到正極的過程中，非靜電力做了1.5 J的功解析：選A電動(dòng)勢(shì)大小表示電池中通過1 C的電荷量電池將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的大小，并非表示電池內(nèi)部?jī)?chǔ)存的能量大小，故選項(xiàng)A正確，C錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)大小等于電池接入電路前兩極之間的電壓大小，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)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(fù)極過程中所做功的大小，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2第56屆日本電池大會(huì)上華為發(fā)布了5分鐘即可充滿3 000 mAh電池50%電量的快充技術(shù)成果，引起業(yè)界廣泛關(guān)注。如圖是華為某智能手機(jī)電池上的信息，支持低壓大電流充電，則()A4.35 V表示該電池的電動(dòng)勢(shì)B該電池充滿電后以100 mA的電流工作時(shí)，可連續(xù)工作30小時(shí)C11.4 Wh表示該電池能提供的電量D3 000 mAh表示該電池能提供的電能解析：選B4.35 V為充電電壓，不是該電池的電動(dòng)勢(shì)，故A錯(cuò)誤；該電池充滿電后以100 mA的電流工作時(shí)，可連續(xù)工作時(shí)間t30 h，故B正確；11.4 Wh為電池的充電電能，不是該電池的電量，故C錯(cuò)誤；mAh為電量的單位，所以3 000 mAh表示該電池能提供的電量，故D錯(cuò)誤。3多選關(guān)于電動(dòng)勢(shì)和電壓，下列說法正確的是()A電動(dòng)勢(shì)E是由電源本身決定的，跟外電路無關(guān)B電動(dòng)勢(shì)E的單位與電勢(shì)、電勢(shì)差的單位都是伏特，故三者本質(zhì)上一樣C電動(dòng)勢(shì)不是電壓，但它數(shù)值上等于將1 C電荷在電源內(nèi)從負(fù)極運(yùn)送到正極電場(chǎng)力做功的大小D電動(dòng)勢(shì)是表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的本領(lǐng)大小的物理量解析：選AD電動(dòng)勢(shì)是表示電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的本領(lǐng)大小的物理量，電動(dòng)勢(shì)E由電源本身決定，跟外電路無關(guān)，A、D正確。電動(dòng)勢(shì)不是電壓，電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)非靜電力做功而不是電場(chǎng)力做功，B、C錯(cuò)誤。1多選關(guān)于電源的說法正確的是()A電源外部存在著由正極指向負(fù)極的電場(chǎng)，內(nèi)部存在著由負(fù)極指向正極的電場(chǎng)B在電源外部電路中，負(fù)電荷在電場(chǎng)力作用下由電源的負(fù)極流向正極C在電源內(nèi)部電路中，正電荷在非靜電力作用下由電源的負(fù)極流向正極D在電池中，是化學(xué)作用使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能解析：選BCD電源內(nèi)部和外部電場(chǎng)都是由正極指向負(fù)極，故A錯(cuò)。在外電路中負(fù)電荷在電場(chǎng)力作用下向正極移動(dòng)，電場(chǎng)力做正功將電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能；在電源內(nèi)部非靜電力做功將正電荷從負(fù)極搬運(yùn)到正極，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，電池中的非靜電力是化學(xué)作用，故B、C、D正確。2關(guān)于電池的容量，下列說法中正確的是()A電池的容量就是電池放電時(shí)能輸出的總電荷量B對(duì)同一種電池，體積越大容量越小C電池的容量表示電池放電時(shí)能輸出的電能D電池容量的單位是法拉解析：選A電池的容量表示電池放電時(shí)輸出的總電荷量，A對(duì)，C錯(cuò)；同一種電池，體積大容量大，B錯(cuò)；電池容量的單位有Ah、mAh等，法拉是電容的單位，D錯(cuò)。3.多選如圖所示，這是一種化學(xué)原電池，電路中電流計(jì)可以測(cè)出電流的方向，設(shè)測(cè)得外電路的電流方向如圖所示，其中兩金屬板分別為鋅板和銅板，電解槽中的電解液為硫酸銅，試分析下列說法中正確的是()AA是銅片，B是鋅片BA是鋅片，B是銅片CA端是電源的正極，B端是電源的負(fù)極D該種電池能把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能解析：選ACD由電流方向我們可以知道電源的正極為A，負(fù)極為B，首先選出C項(xiàng)。哪種金屬失去電子即為該電池的負(fù)極，由于鋅的化學(xué)性質(zhì)活潑，因此，鋅板為負(fù)極，所以A為銅板，B為鋅板，可選出A項(xiàng)。在反應(yīng)過程中，電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。4如圖為電源和導(dǎo)線內(nèi)移送電荷的情況。則將單位正電荷沿閉合回路移動(dòng)一周所釋放的能量大小決定于()A電源電動(dòng)勢(shì)B電路中電流的大小C電源的內(nèi)阻D電源的容量解析：選A移送電荷一周所釋放的能量，就是電源提供給它的電勢(shì)能，數(shù)值等于電源內(nèi)部非靜電力做功的數(shù)值，即WEq。題干中限定了單位正電荷，可見W的數(shù)值只取決于E，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。5多選太陽能電池已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于我們生活中，有些太陽帽前安裝的小風(fēng)扇就是靠太陽能電池供電的。可以測(cè)得某太陽能電池可產(chǎn)生0.6 V的電動(dòng)勢(shì)，這表示()A電路中每通過1 C電荷量，太陽能電池把0.6 J的太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹷無論接不接入外電路，太陽能電池兩極間的電壓都為0.6 VC太陽能電池在1 s內(nèi)將0.6 J的太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹹太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)比一節(jié)干電池(電動(dòng)勢(shì)為1.5 V)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)小解析：選AD根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義式E，得：WqE10.6 J0.6 J，即非靜電力對(duì)電荷做功為0.6 J，則電路中每通過1 C電荷量，太陽能電池把0.6 J的太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，由于不知? s內(nèi)流過電池的電量，故A正確，C錯(cuò)誤。不接入外電路時(shí)，太陽能電池兩極間的電壓等于電動(dòng)勢(shì)，為0.6 V；如果接入電路，則太陽能電池兩端的電壓，即路端電壓小于0.6 V，故B錯(cuò)誤。太陽能電池的電動(dòng)勢(shì)小于一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)，則太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)比一節(jié)干電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)小，故D正確。6一臺(tái)發(fā)電機(jī)用0.5 A的電流向外輸電，在1 min內(nèi)將180 J的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，則發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為()A6 VB360 VC120 VD12 V解析：選A1 min內(nèi)流出的電荷量為q，由qIt得：q0.560 C30 C，根據(jù)E得：E V6 V，所以A正確。7下列關(guān)于電池的說法正確的是()A同一種干電池，舊電池比新電池的電動(dòng)勢(shì)小、內(nèi)阻大、容量小B電源電動(dòng)勢(shì)E與通過電源的電流I的乘積EI表示電源內(nèi)部靜電力的功率C1號(hào)干電池比5號(hào)干電池的電動(dòng)勢(shì)小、容量大D當(dāng)通過同樣的電荷量時(shí)，電動(dòng)勢(shì)為2 V的蓄電池比電動(dòng)勢(shì)為1.5 V的干電池提供的電能多解析：選D同一種干電池，不論是1號(hào)還是5號(hào)，不論新、舊，其電動(dòng)勢(shì)是一定的，皆為1.5 V，但體積大的電池容量較大，內(nèi)阻較小，故A、C錯(cuò)；電源的電動(dòng)勢(shì)表示的是非靜電力做功的本領(lǐng)，也就是電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)，非靜電力做的功大小等于電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的多少，WEq，電動(dòng)勢(shì)越大，通過相同的電荷量的非靜電力做的功越多，電源提供的電能越多，電動(dòng)勢(shì)E與通過電源的電流I的乘積EI表示在電源內(nèi)部非靜電力的功率，故B錯(cuò)、D正確。8多選關(guān)于電源的電動(dòng)勢(shì)，下面說法正確的是()A在電源內(nèi)部其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能B電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電路中通過1 C電荷量時(shí)電源提供的總能量C電源的電動(dòng)勢(shì)跟電源的體積有關(guān)，跟外電路有關(guān)D電動(dòng)勢(shì)有方向，因此電動(dòng)勢(shì)是矢量解析：選AB電源是通過內(nèi)部非靜電力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，A正確；根據(jù)WEq可知，電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于電路中通過1 C電荷量時(shí)電源提供的總能量，B正確；電源的電動(dòng)勢(shì)跟電源的體積無關(guān)，跟外電路無關(guān)，C錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)有方向，但電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量，故D錯(cuò)誤。9多選下列有關(guān)電壓與電動(dòng)勢(shì)的說法中正確的是()A電壓與電動(dòng)勢(shì)的單位都是伏特，所以電動(dòng)勢(shì)與電壓是同一物理量的不同叫法B電動(dòng)勢(shì)越大，說明非靜電力在電源內(nèi)部把單位正電荷從負(fù)極向正極移送過程中做的功越多C電動(dòng)勢(shì)公式E中W與電壓公式U中的W是一樣的，都是電場(chǎng)力做的功D電動(dòng)勢(shì)是反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能本領(lǐng)強(qiáng)弱的物理量解析：選BD電壓與電動(dòng)勢(shì)是兩個(gè)不同的概念，電動(dòng)勢(shì)公式E中的W表示非靜電力做的功，而電壓U中的W表示電場(chǎng)力做的功，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)是反映電源內(nèi)部將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小的物理量，電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于移送單位正電荷所做的功，不能說電動(dòng)勢(shì)越大，非靜電力做的功越多，也不能說電動(dòng)勢(shì)越大，被移送的電荷量越多，選項(xiàng)B、D正確。10“神舟”十號(hào)載人飛船上的電子儀器及各種動(dòng)作的控制都是靠太陽能電池供電的。由于光照而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為光伏效應(yīng)?！吧裰邸憋w船上的太陽能電池就是依靠光伏效應(yīng)設(shè)計(jì)的單晶硅太陽能電池。在正常照射下，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)23%。單片單晶硅太陽能電池可產(chǎn)生0.6 V的電動(dòng)勢(shì)，可獲得0.1 A的電流，求每秒照射到這種太陽能電池上太陽光的能量是()A0.24 JB0.25 JC0.26 JD0.28 J解析：選C太陽能電池每秒提供的電能WEIt0.60.11 J0.06 J，所以照射到這種太陽能電池上的太陽光能量W0.26 J，所以選項(xiàng)C正確。11將電動(dòng)勢(shì)為3 V的電源接入電路中，測(cè)得電源兩極間的電壓為2.4 V，當(dāng)電路中有6 C的電荷流過時(shí)，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。解析：由電動(dòng)勢(shì)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(rèn)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；在外電路中，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)WEq36 J18 J，電源中共有18 J其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。(2)W1Uq2.46 J14.4 J，外電路中共有14.4 J電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。(3)由能量守恒知，內(nèi)電路中有18 J14.4 J3.6 J的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。答案：(1)18 J(2)14.4 J(3)3.6 J12.一部數(shù)碼相機(jī)中用的鋰電池的電動(dòng)勢(shì)為3.6 V，容量為2 000 mAh(相當(dāng)于以1 000 mA的電流釋放可放電2 h，以500 mA的電流釋放可放電4 h，以此類推)。若關(guān)閉液晶屏?xí)r可拍攝照片800張左右，則每拍一張照片消耗的電能約為多少？若打開液晶屏?xí)r可拍攝照片300張左右，則每拍一張照片液晶屏消耗的電能約為多少？解析：該鋰電池所存儲(chǔ)的電能E電EqEIt3.62 0001033 600 J25 920 J，關(guān)閉液晶屏?xí)r可拍攝照片800張左右，則每拍一張照片所消耗的電能約為 J32.4 J；打開液晶屏?xí)r可拍攝照片300張左右，則此時(shí)每拍一張照片消耗的電能約為 J86.4 J，則每拍一張照片液晶屏消耗的電能約為86.4 J32.4 J54.0 J。答案：32.4 J54.0 J