2015届高中物理第2节电动势教学过程二新人教版选修3-1

1第2节电动势新课教学过程二进行新课:1.电源教师：教师继续要求学生根据画出的电场线情况判断电源的正极和负极，标出极板上的带电情况，并画出电源内的电场线。教师：（1）用导线将电源连成最简单的电路，电路由哪几部分组成？（2）导线中的电场是什么电场？电流是怎样形成的？特点如何？为什么？学生思考，选出代表回答：（1）电路由两部分组成，电源外部能看得见的部分，称为外电路；电源内部看不见的部分，称为内电路。（2）导线中的电场是恒定电场。导线中的自由电子在电场力的作用下从电源正极向负极定向运动，形成电流。导线中的电流是恒定电流，因为导线中的电场是恒定电场，所以电子定向运动的速率是不变的，电流大小恒定。教师：自由电子在导线中定向运动，电场力做什么功？电子的电势能如何变化？学生：正功；减少。教师：自由电子定向运动的速率是不变的，能量还守恒吗？该怎样理解？学生：守恒。自由电子与带正电的离子相互碰撞，在定向运动过程中受到阻力作用，电子要不断克服阻力做功，其动能向热能转化。教师总结：大家说的对，概括地说，在电源外部，电场力对自由电子做正功，是电能转化为其他形式能，这个过程中消耗了电能。这些电能又是哪里来的呢？学生：电源把其他形式能转化为电能。教师：根据前面的分析，大家讨论一下，电源是如何把其他形式能转化为电能的呢？学生思考，分组讨论，选出代表回答。学生代表回答：在电源内部也存在电场，电场方向也是从正极指向负极。根据电荷守恒定律，电源必须把自由电子不断地从正极搬运到负极，自由电子必须克服电场力做功，这就需要有“非静电力”作用于电子。这个“非静电力”是电源提供的。也就是说，电源通过非静电力做功，使电荷的电势能增加了。教师点评、总结，引导学生建立起电源的概念：电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置。教师：出示干电池、手摇发电机，提出问题：干电池、手摇发电机都可以做电源，这些2电源中的非静电力相同吗？所起的作用相同吗？谈谈你的看法。学生思考，分组讨论，选出代表回答。干电池中的非静电力是化学作用，手摇发电机的非静电力是电磁作用，前者把化学能转化为电能，后者把机械能转化为电能。非静电力虽然不同，但从能量转化的角度看，他们所起的作用是相同的，都是把其他形式能转化为电能。点评：再次加深学生对概念的理解。教师：电源有好多种，他们在把其他形式能转化为电能的本领相同吗？举例说明。学生举例：手电筒、家用照明电灯、汽车上的照明电灯等，亮度不同。教师：在物理学上，该如何描述电源的这种本领呢？（承上启下，过渡到下一问题）2.电动势教师：引导学生从静电力对电荷做功，电荷电势能增加的角度建立起电动势的概念。思考问题：是不是静电力对电荷做的功越多，静电力做功的本领越大？该如何描述静电力做功的本领？学生思考，分组讨论，选出代表回答。静电力对电荷做功的多少与电荷的数量有关，不能用做功多少来反映做功的本领。静电力把相同数量的电荷从电源的一个极搬运到另一极，做功越多，电荷获得的电势能就越多，可以用静电力做功与电荷量的比值来反映静电力做功的本领。教师：电动势也是用比值定义的物理量，请把电动势的定义完整地说出来。并写出电动势的定义式。说明给物理量符号的意义和单位。学生思考，得出电动势的定义，并写出电动势的定义式。如果电源移送电荷q时非静电力所做的功为W，那么W与q的比值qW，叫做电源的电动势。用E表示电动势，则：qWE，式中W，q的单位分别是焦耳（J）、库仑（C）；电动势E的单位与电势、电势差的单位相同，是伏特（V）。电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，也跟外电路无关。教师：电动势E的单位与电势、电势差的单位相同，电动势和电势差的物理意义有何不同呢？学生思考，分组讨论，选出代表回答。电动势：qWE。W表示正电荷从负极移到正极所消耗的化学能（或其它形式能），E3表示移动单位正电荷消耗化学能（或其它形式能），反映电源把其它形式能转化为电能的本领。电压：qWU。W表示正电荷在电场力作用下从一点移到另一点所消耗的电势能，电压表示移动单位正电荷消耗的电势能。反映把电势能转化为其它形式能的本领。电动势表征电源的性质，电势差表征电场的性质。教师指出：电源内部也是由导体组成的，也存在电阻。这个电阻叫做电源的内阻，大小由电源自身特点决定。内阻和电动势都是反映电源特性的物理量。【重点、难点剖析】1．正确理解非静电力做功是电源产生电动势的本质所谓非静电力，主要是指化学力和电磁力，在电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能，从而实现向外电路供电的目的，发电机中，非静电力的作用是电磁作用，它使机械能转化为电势能，进而具备向外供电的本领。在一定的电路中，要维持电路中电流恒定不变，必须设法维持电路两端有恒定的电势差，这就必须在电源内部由非静电力将正电荷送到正极上，非静电力把正电荷从负极板移到正极板时要对电荷做功，这个做功的物理过程就是产生电源电动势的本质。非静电力所做的功，反映了其它形式的能量有多少变成了电能。因此在电源的内部，非静电力做功的过程是能量相互转化的过程，电源就是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。而电动势则是反映电源把其他形式的能转化成电能的本领。电动势的定义式qWE可以理解为①电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷（或单位正电荷）在电源内从负极移送到正极所做的功。②非静电力把正电荷从负极移到正极所做的功与该电荷量的比值。2．正确区分“移送单位正电荷所做的功”与“移送电荷所做的功”“移送单位正电荷所做的功”即意味着表征的是电源的转化“本领”，“移送电荷所做的功”意味着电源的“贡献”。从这里可以看出“本领’与“贡献”的区别。我们说电动势表征的是电源把其他形式的能转化为电能的“本领”，而并未说电动势表征电源对外提供电能的“贡献”。对于相同电动势的不同电源，移送单位正电荷所做的功一样即电源把其他形式的能转化为电势能本领一样，当移送的电量不一样时，电源对外提供电能的“贡献”是不一样的。3．电动势和电势差的比较（1）电动势：qWE，W表示正电荷从负极移到正极所消耗的化学能（或其它形式的能），E表示移动单位正电荷消耗的化学能（或其他形式的能），反应电源把其他形式的能转4化为电能的本领。（2）电势差：qWU，W表示正电荷在电场力作用下从一点移到另一点所消耗的电能，电势差U表示移动单位正电荷消耗的电能，反应把电能转化为其它形式的能的本领。说明：①qWE中的W表示非静电力做功，而qWU中的W表示静电力做功。②电动势和电势差（电压）尽管单位相同，但它们是两个截然不同的物理量，注意从定义和能量转化的角度来理解。【典例剖析】类型一电源产生电动势的理解例1．以下说法正确的是（）A．在外电路中和电源内部，正电荷都受静电力作用，所以能不断定向移动形成电流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少，非静电力移动电荷做功电势能增加解析：在电源外部正电荷受到静电力作用定向移动形成电流，而在电源内部移动的正电荷既受静电力作用又受非静电力作用，而静电力对正电荷的移动是阻力，故选项A、C错误；电源内部的非静电力做功使电荷的电势能增加，静电力移动电荷做正功的过程使电势能减少，B选项错误，D项正确。答案：D。变式题1.有关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一物理量的不同叫法B．电动势就是电源两极间的电压C．电动势公式qWE中W与电压qWU中的W是一样的，都是电场力做的功D．电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量解析：电压与电动势的单位虽然相同，但它们表征的物理意义不同，不是同一个物理量，故A、B均错；电动势公式qWE中W是非静电力做的功，故C错；由电动势的物理意义可知D正确。答案：D。5类型二电动势的有关计算例2．铅蓄电池的电动势为2V，一节干电池的电动势为1.5V，将铅蓄电池和干电池分别接入电路，两个电路中的电流分别为0.1A和0.2A。试求两个电路都工作20s时间，电源所消耗的化学能分别为多少？哪一个电源把化学能转化为电能的本领更大？解析：对于铅蓄电池的电路，20s时间内通过的电荷量为q1=I1t=2C，对于干电池的电路，20s时间内通过的电荷量为q2=I2t=4C，由电动势的定义式qWE得电源消耗的化学能分别为4111EqWJ6222EqWJ电动势反映电源把其他能转化为电能本领的大小，电动势越大，电源本领越大。故铅蓄电池把化学能转化为电能的本领更大。变式题2.将电动势为3.0V的电源接入电路中测得电源两极间的电压为2.4V,当电路中有6C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？解析：（1）电动势是表征电源把其他形式的能转化为电势能本领的物理量，非静电力做多少功就有多少其他形式的能转化为电能。由qWE得：W=qE=6×3.0J=18J所以有18J的其他形式的能转化为电能。（2）外电路的电压为2.4V,外电路中电场力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。由qWU得：W=qU=6×2.4J=14.4J所以共有14.4J的电能转化为其它形式的能。变式题3.一台发电机用0.5A电流向外输电，在1min内将180J的机械能转化为电能，则发电机的电动势为（）A．6VB．360VC．120VD．12V解析：1min内流出的电量为q，由q=It得：q=0.5×60C=30C根据qWE得：VVE630180，所以答案A正确。6答案A。板书设计：1.电源电源是通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置。2.电动势qWE电动势表征电源的性质，电势差表征电场的性质。3．电动势和电势差的比较