（京津瓊魯專用）2018-2019學(xué)年高中物理 第二章 恒定電流 2 電動(dòng)勢(shì)學(xué)案 新人教版必修2.doc

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2　電動(dòng)勢(shì) [學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)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(dòng)勢(shì)的定義式，并會(huì)進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，了解電源的內(nèi)阻. 科學(xué)探究：收集信息，了解各種型號(hào)的電源、電池，知道同一種類的電池電動(dòng)勢(shì)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(fù)極搬運(yùn)到正極，同時(shí)在該過(guò)程中非靜電力做功，使電荷的電勢(shì)能增加. 2.電源 (1)定義：通過(guò)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)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(chǎng)力做正功，電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能. 二、電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 1.電動(dòng)勢(shì) (1)定義：在電源內(nèi)部，非靜電力把正電荷從負(fù)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(wú)關(guān)，跟外電路無(wú)關(guān). 2.內(nèi)阻：電源內(nèi)部導(dǎo)體的電阻. 判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)在電源內(nèi)部，電荷移動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力做負(fù)功，電荷電勢(shì)能增加.(　√　) (2)所有的電源，均是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能的裝置.(　　) (3)電源的電動(dòng)勢(shì)跟電源內(nèi)非靜電力做的功成正比，跟通過(guò)的電荷量成反比.(　　) (4)E＝只是電動(dòng)勢(shì)的定義式而非決定式，電動(dòng)勢(shì)的大小由電源內(nèi)非靜電力的特性決定. (　√　) 一、對(duì)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(xì)管連起來(lái)，則水在重力的作用下定向運(yùn)動(dòng)，A、B之間的高度差很快消失.在這個(gè)過(guò)程中，水管中只有一個(gè)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(gè)抽水機(jī)，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(dāng)于抽水機(jī)的作用，它能不斷地將流到負(fù)極的正電荷搬運(yùn)到正極，從而保持正、負(fù)極有穩(wěn)定的電勢(shì)差，維持電路中有持續(xù)的電流.電源是通過(guò)什么力做功實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的？ 圖1　　　　　　　　　　　　圖2 答案　通過(guò)非靜電力做功. 3.對(duì)比上述抽水過(guò)程和電荷在電路中的運(yùn)動(dòng)，分析它們的能量轉(zhuǎn)化情況. 答案　當(dāng)水由A池流向B池時(shí)重力做正功，減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能；在電源外部，電場(chǎng)力對(duì)正電荷做正功，減少的電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能； 當(dāng)抽水機(jī)將B中的水抽到A的過(guò)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(shì)能；在電源內(nèi)部，要靠非靜電力作用于正電荷克服電場(chǎng)力做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電荷的電勢(shì)能. 1.非靜電力：電源內(nèi)使正、負(fù)電荷分離，并使正電荷聚積到電源正極、負(fù)電荷聚積到電源負(fù)極的非靜電性質(zhì)的作用力，是對(duì)除靜電力外能對(duì)電荷流動(dòng)起作用的其他力的統(tǒng)稱. 2.來(lái)源 (1)在化學(xué)電池(干電池、蓄電池)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. (2)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. 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(guò)程就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)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(shuō)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(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(dòng)電荷做功電勢(shì)能減少，非靜電力移動(dòng)電荷做功電勢(shì)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(dòng)形成電流，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，C正確；靜電力做功，使電荷電勢(shì)能減少，非靜電力做功，使電荷電勢(shì)能增加，選項(xiàng)B錯(cuò)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(shì)能類比于重力勢(shì)能，如圖3所示，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖3 A.可以將電流通過(guò)燈泡時(shí)電流做功與拋球時(shí)人對(duì)球做功相類比 B.可以將電池的非靜電力做功與拋球時(shí)人對(duì)球做功類比 C.可以將電流通過(guò)燈泡時(shí)電流做功與重力對(duì)球做功類比 D.可以將電池的非靜電力做功與重力對(duì)球做功類比 答案　BC 解析　將電勢(shì)能類比重力勢(shì)能，電流通過(guò)燈泡做功，電勢(shì)能減少，可類比重力做功，重力勢(shì)能減少.非靜電力做功，電勢(shì)能增加，可類比拋球時(shí)人對(duì)球做功，球重力勢(shì)能增加，故B、C正確. 二、對(duì)電動(dòng)勢(shì)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(jī)電池，它們有的標(biāo)有“1.5 V”字樣，有的標(biāo)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(fù)極移到正極，電荷的電勢(shì)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(jī)電池的負(fù)極移到正極呢？哪個(gè)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(fù)極移到正極，電勢(shì)能增加了1.5 J，非靜電力做功1.5 J；從3.7 V手機(jī)電池的負(fù)極移到正極，電勢(shì)能增加了3.7 J，非靜電力做功3.7 J.3.7 V手機(jī)電池做功本領(lǐng)大. 1.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(wú)關(guān)，是由電源自身的性質(zhì)決定的，電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(fù)極移送到正極所做的功. 3.電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量，但為研究問(wèn)題的方便，常認(rèn)為其有方向，規(guī)定其方向?yàn)殡娫磧?nèi)部電流的方向，即在電源內(nèi)部由電源負(fù)極指向正極. 4.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 V 2 V 3 V或3.6 V 1.2 V 5.容量：電池放電時(shí)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(dòng)勢(shì)為1.5 V，這表示(　　) A.電池中每通過(guò)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 V C.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的電子由該電池負(fù)極移送到正極的過(guò)程中，非靜電力做了1.5 J的功 答案　A 解析　電動(dòng)勢(shì)大小表示電池中每通過(guò)1 C的電荷量，電池將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能本領(lǐng)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(guò)程中所做功的大小，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 例4　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(guò)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. 答案　(1)18 J　(2)14.4 J　(3)3.6 J 解析　由電動(dòng)勢(shì)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(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(dòng)勢(shì)E＝和電壓U＝的區(qū)別 電動(dòng)勢(shì)E＝是電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算式，其中W為非靜電力做的功；電壓U＝為電壓的計(jì)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(dòng)勢(shì)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(shì)差的大小，即電路(電場(chǎng))中兩點(diǎn)電勢(shì)的差值，反映電場(chǎng)能的性質(zhì). 1.(對(duì)電源與非靜電力做功的理解)(多選)下列說(shuō)法中正確的是(　　) 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)電荷靠靜電力由電源的負(fù)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(fù)極流向正極 D.在干電池中，靠化學(xué)作用使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能 答案　BCD 2.(對(duì)電動(dòng)勢(shì)的理解)(多選)下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.同一型號(hào)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(guò)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(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(guò)同樣的電荷量時(shí)，電動(dòng)勢(shì)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(hào)的舊電池比新電池電動(dòng)勢(shì)略小，內(nèi)阻變大，容量變小，但不同型號(hào)的干電池相比較，電動(dòng)勢(shì)相同而容量不同，故A正確，C錯(cuò)誤；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)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(dòng)勢(shì)E與通過(guò)電源的電流I的乘積EI表示電源消耗的總功率，故B錯(cuò)誤，D正確. 3.(對(duì)電流和電動(dòng)勢(shì)的理解)(2018山東煙臺(tái)市高一下期末)下列說(shuō)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(dòng)勢(shì)、電壓和電勢(shì)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(dòng)勢(shì)越大，說(shuō)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(fù)極需要310－2 s的時(shí)間，此過(guò)程中非靜電力做功為410－5 J，則該鉛蓄電池的電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(diǎn)一　對(duì)電動(dòng)勢(shì)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(xué)中用電動(dòng)勢(shì)來(lái)表明電源的這種特性.下列關(guān)于電動(dòng)勢(shì)的說(shuō)法正確的是(　　) A.電動(dòng)勢(shì)是一種非靜電力 B.電動(dòng)勢(shì)由電源中非靜電力的特性決定 C.電動(dòng)勢(shì)越大的電源中，儲(chǔ)存的電能越多 D.電動(dòng)勢(shì)越大，說(shuō)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(dòng)勢(shì)E的下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.電動(dòng)勢(shì)E的單位與電勢(shì)、電勢(shì)差的單位相同，都是伏特V B.干電池和鉛蓄電池的電動(dòng)勢(shì)是不同的 C.由電動(dòng)勢(shì)E可表示為E＝可知，電源內(nèi)非靜電力做功越多，電動(dòng)勢(shì)越大 D.電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)E的單位與電勢(shì)、電勢(shì)差的單位相同，都是伏特，故A正確；干電池的電動(dòng)勢(shì)大小為1.5 V，而鉛蓄電池的電動(dòng)勢(shì)大小是2 V，故B正確；由電動(dòng)勢(shì)E可表示為E＝可知，電源內(nèi)非靜電力移動(dòng)單位正電荷做功越多，電動(dòng)勢(shì)越大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)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(xiàng)D正確. 3.下列關(guān)于電源電動(dòng)勢(shì)的認(rèn)識(shí)，你認(rèn)為正確的是(　　) A.同一電源接入不同的電路中，電動(dòng)勢(shì)會(huì)發(fā)生變化 B.1號(hào)1.5 V干電池比7號(hào)1.5 V干電池大，但電動(dòng)勢(shì)相同 C.電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)越大 D.電動(dòng)勢(shì)、電壓和電勢(shì)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(dòng)勢(shì)由電源中非靜電力的特性所決定，與外電路無(wú)關(guān)，所以同一電源接入不同的電路，電動(dòng)勢(shì)不會(huì)改變，故A錯(cuò)誤.電動(dòng)勢(shì)跟電源的體積無(wú)關(guān)，所以雖然1號(hào)干電池比7號(hào)干電池大，但電動(dòng)勢(shì)相同，故B正確.電源電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)不一定大，還跟移動(dòng)電荷的多少有關(guān)，故C錯(cuò)誤.電動(dòng)勢(shì)、電壓和電勢(shì)差物理意義不同，單位相同，故D錯(cuò)誤. 4.(多選)如圖1所示，為一塊手機(jī)電池背面印有的一些符號(hào)，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖1 A.該電池的容量為500 mAh B.該電池的電動(dòng)勢(shì)為3.6 V C.該電池在工作1小時(shí)后達(dá)到的電流為500 mA D.若電池以10 mA的電流工作，可用50小時(shí) 答案　ABD 解析　電池上的3.6 V表示電動(dòng)勢(shì)，500 mAh表示電荷容量，可以由電荷容量計(jì)算在一定放電電流下使用的時(shí)間，由500 mAh＝t10 mA，得t＝50 h，所以A、B、D選項(xiàng)正確. 5.下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.某同學(xué)訂購(gòu)的iPhone 4s手機(jī)的電池銘牌：“3.7 V　1 430 mAh”，相比iPhone 4的“3.7 V　1 420 mAh”，說(shuō)明電池容量前者大 B.同一電源接入不同的電路，電動(dòng)勢(shì)就會(huì)發(fā)生變化 C.電源電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)越大 D.新舊1號(hào)電池對(duì)小燈泡供電時(shí)，發(fā)現(xiàn)舊電池供電時(shí)燈泡較暗，主要原因是舊電池的電動(dòng)勢(shì)比新電池電動(dòng)勢(shì)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(shuō)明前者電池容量大，故A正確；電動(dòng)勢(shì)的大小由電源自身的性質(zhì)決定，與外電路無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)E＝，故電動(dòng)勢(shì)的大小是比較的移送單位電荷時(shí)做功的多少，故C錯(cuò)誤；新舊1號(hào)電池對(duì)小燈泡供電時(shí)，發(fā)現(xiàn)舊電池供電時(shí)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(cuò)誤. 考點(diǎn)二　對(duì)公式E＝的理解和應(yīng)用 6.對(duì)于電動(dòng)勢(shì)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(wú)關(guān) D.W表示非靜電力 答案　C 7.一臺(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(　　) 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(dòng)勢(shì)約為1.2 V，這表示(　　) 圖2 A.電路通過(guò)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(dòng)勢(shì)為1.5 V的干電池做功少 D.該電源與電動(dòng)勢(shì)為1.5 V的干電池相比，通過(guò)1 C電荷量時(shí)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(jī)中用的鋰電池的電動(dòng)勢(shì)為3.6 V，容量為1 000 mAh(相當(dāng)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(dāng)關(guān)閉液晶屏?xí)r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(dāng)打開液晶屏?xí)r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?xí)r，每拍一張照片消耗的電能 W1＝＝32.4 J. 打開液晶屏?xí)r，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(guó)家大力推廣節(jié)能環(huán)保汽車，電動(dòng)汽車是許多家庭的首選.已知電動(dòng)汽車的電源是由30組蓄電池串聯(lián)組成的，當(dāng)正常行駛時(shí)，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(dòng)勢(shì)是多少？每組的電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)為： E＝＝ V＝60 V 每組的電動(dòng)勢(shì)為：E1＝＝ V＝2 V.