2020学年高中物理 专题第2节 电动势

2020学年高中物理 专题第2节 电动势

第2节 电动势 ‎ 一、电源的作用 在金属导体中，能够自由移动的电荷是 ，由于它们带负电荷，电子向某一方向的定向移动相当于正电荷向 的方向移动。‎ 在外电路，正电荷由 流向 ，电源之所以能维持外电路中稳定的电流，是因为它有能力把来到 的正电荷经过电源 不断地搬运到 。‎ 电源是通过非静电力做功把 能转化为 的装置。‎ 二、电动势 ‎1．物理意义：在不同的电源中， 的本领不同，物理学中用 来表明电源的这种特性。‎ 电动势越大，电路中每通过‎1 C电荷量时，电源将其他形式的能转化为电能的数值就越多。‎ ‎2．定义：电动势在数值上等于非静电力把 的正电荷在 从负极送到正极所做的功。也就是非静电力的功与电荷量的 。‎ ‎3．表达式：如果移送电荷q时非静电力所做的功为W，那么电动势E表示为E= 。‎ ‎4．单位：W 、q 、E的单位与 、 的单位相同，是 。‎ ‎5．标量：电动势只有大小，没有方向。但是电源有 、 极。‎ ‎6．决定因素：电动势由电源中 决定，跟 无关，也跟 无关。‎ 三、电源（池）的几个重要参数 ‎1．电动势：电动势由电源中非静电力的特性（电源本身）决定，它取决于电池的正负极材料及电解液的化学性质，与电池的大小无关。‎ ‎2．内阻（r）：电源内部也是由导体组成的，所以也有电阻，电源内部的电阻叫做电源的内阻。‎ ‎3．容量：电池放电时能输出的总电荷量。‎ 其单位是：A·h，mA·h。‎ 注意：对同一种电池来说，体积越大，容量越大，内阻越小。‎ 写出下列常见电池的电动势 干电池 、锌汞电池 、锂电池 、铅蓄电池 。‎ 自由电子 相反 电源正极 负极 负极 内部 正极 其他形式的 电能 非静电力做功 电动势 ‎1 C 电源内部 比值 W/q 焦耳（J） 库伦（C） 电势 电势差 伏特（V） 正 负 非静电力的特性 电源的体积 外电路 ‎1.5 V 1.2 V 3 V或3.6 V 2 V 一、电动势的一些相关结论 ‎1．电动势由电源中非静电力的性质（电源本身）决定，跟电源的体积无关，也跟外电路无关；‎ ‎2．电动势在数值上等于非静电力把‎1 C电荷量的正电荷在电源内从负极移动到正极所做的功；‎ ‎3．电动势等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压。‎ ‎【例题1】以下说法正确的是 A．在外电路和电源内部，正电荷都受静电力的作用，所以能不断地定向移动而形成电流 B．静电力和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小 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 参考答案：D 试题解析：无论电源内部还是外部都存在着电场。在外电路中只有静电力做功，电荷电势能减少，电能转化为其他形式的能。在电源内部，电荷受静电力和非静电力共同作用，而非静电力移动电荷做功消耗其他形式的能转化为电能，电荷的电势能增加，故D对，ABC错。‎ 归纳总结：‎ 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的电荷量时，可以将2 J的化学能转化为电能。‎ 二、电动势与电压的区别 电动势 电压 描述对象 对电源而言 对某一段电路而言 定义式 功的意义 表示正电荷从负极移到正极时非静电力所做的功 表示电荷在静电力作用下从一点移动到另一点静电力所做的功 表征的性质 表征电源的性质，反映电源把其他形式的能转化为电能的本领 表征电场的性质，反映把电能转化为其他形式的能的本领 描述的物理意义 描述移送单位电荷时非静电力做功的多少，即移送‎1 C的电荷时其他形式的能转化为电能的多少 描述在这段电路中移送单位电荷时静电力做功的多少，即移送‎1 C的正电荷时电能转化为其他形式的能的多少 ‎【例题2】将电动势为3.0 V的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为2.4 V，当电路中有‎6 C的电荷流过时，求：‎ ‎（1）有多少其他形式的能转化为电能？‎ ‎（2）外电路中有多少电能转化为其他形式的能？‎ ‎（3）内电路中有多少电能转化为其他形式的能？‎ 参考答案：（1）18 J （2）14.4 J （3）3.6 J 试题解析：（1）W=Eq=18 J，电源中共有18 J其他形式的能转化为电能；‎ ‎（2）W1=U1q=14.4 J，外电路中共有14.4 J电能转化为其他形式的能；‎ ‎（3）由能量守恒求出W2=W–W1=3.6 J。‎ 归纳总结：‎ 解答这类综合题需注意 ‎1．区别电动势和电压，单位相同，但物理意义不同；‎ ‎2．电源和电路中都有能量转换，要区分是静电力做功还是非静电力做功。‎ ‎1．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 ‎2．（2020·河南中原名校高二第三次联考）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能的本领，电源把其他形式的能转化为电能本领越大，电动势就越大 ‎3．（2020·江西省上饶市高二期末）一组铅蓄电池的电动势为4.8 V，内阻不为零，以下说法中错误的是 A．电路中每通过‎1 C电荷量，铅蓄电池能把4.8 J的化学能转变为电能 B．体积大的铅蓄电池比体积小的铅蓄电池的电动势大 C．电路中每通过‎1 C电荷量，铅蓄电池内部非静电力做功为4.8 J D．该铅蓄电池把其他形式能转化为电能的本领比一节千电池（电动势为1.5 V）的强 ‎4．下面各单位中不属于电动势的单位（伏特）的是 A． B．‎ C． D．‎ ‎5．（2020·北京市顺义区高三二模）手机充电器又名电源适配器。手机常用锂离子（li-ion）电池的充电器采用的是恒流限压充电，充电器上所标注的输出参数如图1所示。充电的锂离子电池标识如图2所示。对于电源适配器与锂电池，下列说法正确的是 图1 图2‎ A．手机电池标识的mAh是电功的单位 B．电源适配器输出的是6 V交流电 C．如果工作电流是200 mA，手机电池最多能连续工作约8个小时 D．手机充电时会微微发热，所以手机充电器主要是把电能转化成热能的装置 ‎6．扫地机器人是智能家用电器的一种，它利用自身携带的小型吸尘部件进行吸尘清扫，如图所示为科沃斯扫地机器人，已知其工作额定电压为12 V，额定功率为30‎ ‎ W，充电额定电压为15 V，额定电流为‎0.75 A，充电时间约为4 h，电池容量为2 000 mAh，则下列说法错误的是 A．机器人正常工作的电压为12 V B．机器人正常工作时电流为‎2.5 A C．电池容量是指电池储存电能的大小 D．机器人充满电后一次工作时间最多约为0.8 h ‎7．（2020·江苏扬州中学高二期末考试）关于电源电动势，下列说法正确的有 A．电源电动势是反映电源将其他形式的能转化成电能本领大小的物理量 B．闭合回路中，电源在单位时间内提供的电能越多，电动势就越大 C．电源电动势在数值上等于电源未接入电路时电源两端的电压 D．闭合回路中，电源电动势的大小等于电路内外电压之和 ‎8．（2020·北京市昌平区高二期末考试）关于电动势的概念，下列说法中不正确的是 A．电动势就是路端电压 B．电动势在数值上等于外电路断路时的路端电压 C．电动势是表示电源把其它形式的能转化为电能本领大小的物理量 D．电动势在数值上等于非静电力把‎1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功 ‎9．（2020·浙江省嘉兴市第一中学高一期中考试）如图所示是一款MP4播放器，随着这种产品的出现，人们可以在旅途中观看电影，让原本枯燥的旅途变得充满乐趣。MP4的充电电池多为锂电池，假设锂电池的充电电流为500 mA ‎，则以下说法正确的是：‎ A．1 s内通过电池某一横截面的电荷量为‎500 C B．该电池的电动势为220 V C．充电过程把其他形式的能转化为电能 D．该电池内部也是由导体组成，所以有内阻 ‎10．已知干电池的电动势为1.5 V，下列说法正确的是 A．用电压表直接连接干电池的两极，测量得到的电压就是该电池的电动势 B．当外电路闭合时，每当‎1 C的电荷量通过干电池，则该电池就能提供1.5 J的电能 C．当外电路闭合时，在1 s内有‎1.5 C的电荷量通过该电池 D．当外电路闭合时，在1 s内该电池能提供1.5 J的电能 ‎11．关于电源和电流，下述说法正确的是 A．电源的电动势在数值上始终等于电源正负极之间的电压 B．由公式R=U/I可知，导体的电阻与通过它的电流成反比 C．从能量转化的角度看，电源通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能 D．打开教室开关，日光灯立刻就亮了，表明导线中自由电荷定向运动的速率接近光速 ‎12．（2020·安徽省滁州市高二期末考试）下列说法错误的是 A．电源外部电路存在着由正极指向负极的电场，电源内部存在着由负极指向正极的电场 B．在电源的外部负电荷靠电场力由电源的负极流向正极 C．在电源的内部负电荷靠非静电力由电源的负极流向正极 D．干电池工作时是把化学能转化为电势能 ‎13．（2020·上海卷）电源电动势反映了电源把其他形式的能量转化为电能的能力，因此 A．电动势是一种非静电力 B．电动势越大，表明电源储存的电能越多 C．电动势的大小是非静电力做功能力的反映 D．电动势就是闭合电路中电源两端的电压 ‎1．AD【解析】电源的作用是提供电压，使得自由电荷定向移动，形成电流，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，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，C错误，D正确。‎ ‎2．B【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，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能的本领大小，反映了电源内部非静电力做功的本领，电压和电势差是两点之间电势的差，它们只是单位也相同；故C错误。电源电动势表征了电源把其他形式的能转化为电能的本领，根据W=qE可知，电源把其他形式的能转化为电能越多，电动势不一定大，还跟移动电荷的多少有关，故D错误。故选B。‎ ‎3．B【解析】由W=Eq可知，电路中每通过‎0.1 C的电量时，电池将4.8 J的化学能转化为电能，故A正确；电池的电动势只与电池的性质有关，与体积无关，故B错误；电路中每通过‎1 C的电量，电池内部非静电力做功为W=Eq=4.8 J，故C正确；电动势反应电源将其他形式的能转化为电能的本领。故铅蓄电池把其他形式能转化为电能的本领比一节干电池（电动势为1.5 V）的强，故D正确。‎ ‎4．B【解析】电感上电压计算公式可知，1 V=1 H·A/s，故A正确；根据U=IR可知，1 V=‎ ‎1 A‎·Ω≠‎1A·m2/s，故B错误；根据可知，1 V=1 J/C，故C正确；根据可知，1 V=‎ ‎1 Wb/s，故D正确。‎ ‎5．C【解析】根据q=It，手机电池标识的mAh是电量的单位，故A错误；电源适配器输出的是6V直流电，DC表示直流，AC表示交流，故B错误；如果工作电流是200 mA，手机电池最多能连续工作时间，故C正确；手机充电时会微微发热，说明有很小部分电能被手机充电器转化为内能，故D错误。‎ ‎【点睛】本题关键是明确电池的三个参数：电动势、电容量和内阻，注意电容量。‎ ‎6．C 【解析】机器人正常工作时的电压为12 V，A正确；机器人正常工作时的电流为，B正确；电池容量是指电池存储电荷量（电流与时间的乘积）多少，单位是“Ah”，不是存储电能的大小，C错误；机器人充满电后一次工作时间为，D正确。‎ ‎7．ACD【解析】电源电动势是反映电源将其他形式的能转化成电能本领大小的物理量，选项A正确；根据电源向外提供的电能W=EIt可知：电源向外提供的电能不仅与电动势有关，还有电流和时间有关，故B错误；电源电动势在数值上等于电源未接入电路时电源两端的电压,选项C正确；闭合回路中，电源电动势的大小等于电路内外电压之和，选项D正确；故选ACD。‎ ‎【名师点睛】本题考查电动势的概念，要明确电动势与电势差的区别，知道电动势是描述电源将其他形式的能转化为电能的本领大小。‎ ‎8．A【解析】电动势表征电源把其它形式的能转化为电能的本领大小，数值上电压不一定等于电势差，电动势等于内外电压之和，故A错误，B、C正确；由可知，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，故D正确；本题选不正确的，所以本题应选A。‎ ‎9．D【解析】根据电流的定义式：，可知1 s通过电池某一横截面的电荷量为：q=It=1×500×10‎-3 C=‎0.5 C，故A错误；该电池的电动势小于220 V，一般为3 V，故B错误；在电池充电过程中，将电能转化为化学能储存起来，故C错误；该电池内部也是由导体组成，所以有内阻，故D正确。‎ ‎10．B【解析】用电压表直接连接干电池的两极时，由于电压表构成了一个外电路，电池有一定的电压，所以测量得到的电压小于该电池的电动势，故A错误；根据电动势的定义式，得W=qE，当q=‎1 C，E=1.5 V时，W=1.5 J，即当外电路闭合时，每当‎1 C的电荷量通过干电池，则该电池就能提供1.5 J的电能，故B正确；当外电路闭合时，电路中电流不一定是‎1 A，由q=It知，在1 s内不一定有‎1.5 C的电荷量通过该电池，故C错误；当外电路闭合时，‎1 C的电荷量通过该电池时该电池能提供1.5 J的电能，由于电流未知，则所用时间不一定是1 s，故D错误。‎ ‎【名师点睛】解决本题的关键要掌握电动势的定义式，明确电动势和路端电压的区别和联系，即电池的电动势等于电池没有接入电路时两极间的电压。‎ ‎11．C【解析】当电路断开时，电源的电动势在数值上等于电源正负极之间的电压，故选项A错误；导体的电阻与通过它的电流、两端的电压均无关，它只与自己本身的因素有关，故选项B错误；从能量转化的角度看，电源通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能，选项C正确；打开教室开关，日光灯立刻就亮了，但导线中自由电荷定向运动的速率却很小，大约是10‎-5 m/s，其传导速率接近光速，故选项D错误。‎ ‎12．AC【解析】电源的外电路中存在着由正极指向负极的电场，电子在电场力的作用下由电源负极流向正极，在电源内部存在着非静电力使电子由正极流向负极或正电荷靠非静电力由电源的负极流向正极，并不是内部存在由负极指向正极的电场，故AC错误，B 正确。干电池是提供电能的装置，是化学能转化为电势能，故D正确。‎ ‎13．C【解析】电动势是反映电源通过非静电力做功将其他形式的能转化为电势能本领的物理量，电动势越大说明这种转化本领越强，但不能说明储存的电能越多，故选项AB错误，C正确；闭合电路中电源两端电压大小等于外电压大小，故选项D错误。‎ ‎【方法技巧】本题需要理解电动势的物理意义，电源电动势在闭合电路中的能量分配。‎