下载文档原格式
电路中的电压电源和电动势在我们日常生活和现代科技的各个领域，电路都扮演着至关重要的角色。
从为我们的手机充电，到驱动大型工业设备的运转，电路的作用无处不在。
而在电路中，电压、电源和电动势这三个概念是理解电路工作原理的基础。
接下来，让我们一起深入探讨一下它们。
首先，我们来聊聊电压。
电压，简单来说，就是推动电荷在电路中流动的“压力”。
就好比水在水管中流动需要水压一样，电荷在电路中移动也需要电压的驱动。
如果把电路中的导线想象成一条河流，那么电压就像是河流的落差，落差越大，水流的动力就越强。
在电路中，电压的单位是伏特（V）。
例如，我们常见的干电池，通常标注的 15V 就是它所能提供的电压。
电压的存在使得电流能够在电路中流动。
电流，就是电荷的定向移动，它的单位是安培（A）。
想象一下，电压就像是一个无形的“推手”，给电荷施加力量，让它们沿着电路中的导线有规律地移动，从而形成了电流。
那么，是什么提供了电路中的电压呢？这就引出了我们要讲的电源。
电源是电路中提供电压的装置。
常见的电源有电池、发电机等。
电池是我们日常生活中最常见的电源之一。
它通过内部的化学反应将化学能转化为电能，从而提供稳定的电压。
不同类型的电池，其提供的电压和持续供电的能力也有所不同。
比如，一次性的干电池在电量耗尽后就无法再使用，而可充电电池则可以通过充电重复使用。
发电机则是在更大规模的电力供应中发挥着关键作用。
无论是火力发电、水力发电还是风力发电，其原理都是通过某种方式将其他形式的能量转化为电能，并以稳定的电压输出。
接下来，我们要说的是电动势。
电动势这个概念可能相对较难理解一些，但它却是电源的一个重要属性。
电动势指的是电源将其他形式的能量转化为电能的能力。
它反映了电源内部非静电力做功的本领。
简单来说，电动势就是电源把其他能量转化为电能的“本事”。
以电池为例，电池内部的化学物质发生反应，使得正电荷从电池的负极移动到正极，这个过程中化学能转化为电能，而推动这种转化的力量就是电动势。
电动势一、电动势1、定义：非静电力把正电荷从负极移送到正极所做的功跟被移送的电荷量的比值。
公式：E=W/q （E为电动势）E=U+Ir=IR+Ir（U为外电路电压，r电源内阻，R为外电路电阻集总参数）方向：电动势的方向规定为从电源的负极经过电源内部指向电源的正极，即与电源两端电压的方向相反。
是标量2、物理意义：反映电源把其他形式的能转化为电能本领的大小，数值上等于非静电力把1C 的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。
它是能够克服导体电阻对电流的阻力，使电荷在闭合的导体回路中流动的一种作用。
3、单位：伏特V 1V=1J/C4、特点：电动势由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积、形状无关，与是否联入电路及外电路的情况无关。
5、电动势是标量6、内阻：电源内部也是由导体组成的，也有电阻r，叫做电源的内阻，它是电源的另一重要参数7、电动势与电压的区别①电动势：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），E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。
②电压：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。
电动势是表示非静电力把单位正电荷从负极经电源内部移到正极所做的功与电荷量的比值；电势差是表示静电力把单位正电荷从电场中的某一点移到另一点所做的功与电荷量的比值。
它们是完全不同的两个概念。
电动势表征电源的性质，电势差表征电场的性质。
8、电动势的测量及大小：电源的电动势可以用电压表测量。
测量的时候，电源不要接到电路中去，用电压表测量电源两端的电压，所得的电压值就可以看作等于电源的电动势。
干电池用旧了，用电压表测量电池两端的电压，有时候依然比较高，但是接入电路后却不能使负载（收音机、录音机等）正常工作。
这种情况是因为电池的内电阻变大了，甚至比负载的电阻还大，但是依然比电压表的内电阻小。
电动势及其应用1. 电动势的定义与性质电动势（Electromotive Force，简称EMF）是指单位正电荷沿闭合回路移动时，从电源内部获得的能量。
电动势的大小等于非静电力做的功与电荷量的比值，其单位为伏特（V）。
电动势具有以下性质：（1）电动势是电源本身的属性，与电源的体积、形状、位置等无关。
（2）电动势的方向规定为从电源的负极经过电源内部指向正极。
（3）电动势与外电路无关，但实际电压（路端电压）会因外电路的存在而小于电动势。
（4）电动势与电源内部的非静电力做功有关，非静电力越强，电动势越大。
2. 电动势的计算公式电动势的计算公式为：[ = ]其中，( W ) 为非静电力做的功，( q ) 为通过电路的电荷量。
另一种常见的电动势计算公式为：[ = -_{S_1}^{S_2} d ]其中，( ) 为电场强度，( S_1 ) 和 ( S_2 ) 为电路的两个端点。
3. 电动势的种类电动势可分为以下几种：（1）直流电动势：电动势大小和方向不随时间变化的电动势。
（2）交流电动势：电动势大小和方向随时间变化的电动势。
（3）脉冲电动势：短时间内电动势迅速变化的电动势。
（4）交直流混合电动势：同时含有直流和交流成分的电动势。
4. 电动势的应用电动势在生活和科学研究中有着广泛的应用，以下列举几个典型实例：4.1 电源电源是电动势最直接的应用，如干电池、铅酸电池、锂离子电池等，它们的电动势分别为1.5V、2V、3.7V左右。
电动势为电子设备提供了稳定的电能，使得各种电子仪器得以正常工作。
4.2 电动机电动机是利用电动势将电能转化为机械能的装置。
根据电动势的性质，电动机的转子会沿着电动势的方向旋转。
电动机在工业生产、交通运输、家庭电器等领域有着广泛的应用。
4.3 电解电解是利用电动势在溶液中分解物质的过程。
例如，电解水可以得到氢气和氧气，电解食盐水可以得到氢氧化钠、氢气和氯气。
电解技术在化工、冶金、电镀等行业中具有重要意义。
高中物理学习材料金戈铁骑整理制作第2节 电_动_势1.电动势与电压的单位都是伏特，但二者意义不同，电动势是表征电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，电动势的大小仅取决于电源本身。
2．电动势的定义式为E ＝W q，电动势和内阻是电源的两个重要参数。
电源在电路中的作用[自学教材] 1．非静电力 (1)定义：非静电力是指电源把正电荷(负电荷)从负极(正极)搬运到正极(负极)的过程中做功的力，这种非静电力做的功，使电荷的电势能增加。
(2)在电池中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能；在发电机中，非静电力的作用是电磁作用，它使机械能转化为电势能。
2．电源(1)定义：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
(2)不同的电源，非静电力做功的本领不同，这是由电源本身性质决定的。
[重点诠释]正确理解非静电力(1)如图2－2－1所示，在电源外部的电路里，自由电荷在电场力作用下移动，电场力做正功，电势能转化为其他形式的能；在电源内部自由电荷移动的方向与受到的电场力方向相反，移送电荷的不再是电场力，叫做“非静电力”。
非静电力做功将电荷“移送”到电势能高的电极，增加电势能(消耗其他形式的能)。
所以可以说：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。
图2－2－1(2)从能量转化的角度看，电源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。
(3)作用：保持两极间有一定电压，供给电路电能。
[特别提醒] 在外电路中，静电力做功将电能转化为其他形式的能，而在内电路中，非静电力做功将其他形式的能转化为电能。
电源被形象地比喻为“抽水机”。
1．关于电源的说法正确的是( )A ．电源外部存在着由正极指向负极的电场，内部存在着由负极指向正极的电场B ．在电源外部电路中，负电荷靠电场力由电源的负极流向正极C ．在电源内部电路中，正电荷靠非静电力由电源的负极流向正极D ．在电池中，靠化学作用使化学能转化为电势能解析：无论电源内部还是外部，电场都是由正极指向负极，故A 错；在外部电路中，负电荷靠电场力由负极流向正极，而内部电路中，正电荷由负极流向正极，因电场力与移动方向相反，故必有非静电力作用在电荷上才能使其由负极流向正极，在电池中，靠化学作用使化学能转化为电势能，故B 、C 、D 正确。
谈谈电源的非静电力和电动势
作者：张伟建
来源：《中国校外教育·理论》2009年第14期
【摘要】本文比较深入地剖析了电源的非静电力和电动势的概念。
讨论了在闭合电路欧姆定律的教学中,如何使学生正确地理解和掌握电源的非静电力和电动势的概念。
这是掌握闭合电路欧姆定律的关键。
【关键词】非静电力电动势闭合电路欧姆定律教学研究
电源的电动势是电学中的一个重要概念,同时也是正确掌握闭合电路欧姆定律和电路分析的关键知识点。
但电动势概念比较抽象难懂,怎样才能使学生正确地理解电动势的概念,进而掌握闭合电路的欧姆定律,这是物理教学中值得探讨的问题。
笔者认为,要使学生正确理解电动势概念,首先要弄清楚电源内部存在的非静电力,只有明白了电源内部的非静电力概念,才有可能正确地理解电动势的概念,并在此基础上掌握闭合电路的欧姆定律。
一、电源内部的非静电力
对于电源内部的非静电力的教学,可采用以下两种类比方法解决。
1.用一个机械运动模型类比电荷运动
相对地说,机械运动对学生来说是比较熟悉的。
在教学中,可以设计一个机械运动模型,将它与一个闭合电路进行类比,以帮助学生较好地理解非静电力的概念。
如图1(a)所示,用一张纸剪出一个三角形,用它来表示一个斜面(为了让学生看得清楚,三角形要做的稍大一些,可使AB长约45cm,θ约为15°)。
把这个三角形弯曲成螺旋状的斜面,使BE两点重合,如图1(b)所示。
设想在这个斜面的A点上放置一个小球m,小球在重力作用下沿着螺旋斜面轨道经C向B运动。
要想使这个小球能持续不断地沿着路径A→C→B→D→A…持续循环地运动下去,仅靠重力作用显然是不够的。
要达到这个目的,就要在BDA这段路径上,对小球m 施加一个非重力的力(如推举力),把它从B经D“搬运”到A。
这就是所要设计的一个机械运动模型。
在如图2(a)所示的闭合电路中,正电荷q在静电力作用下,从电源正极A出发经负载R移向电源负极B,形成电流I。
为了使电路中有持续的恒定电流,仅靠静电力的作用显然是无法实现的。
在BrA这段电路上,必须要有非静电力的作用,才能把电荷q从电源的负极B经电源内部“搬运”到电源的正极A。
现在把图2(a)“等效地”画成图1(b)那个样子,如图2(b)所示。
在图2(b)中,A、B分别相当于电源的正、负极;ARB这一段,斜面的高沿螺旋逐渐下降,相当于外电路各点电势逐渐地降落。
现将图2(b)与图1(b)类比如下(手持实物讲解):(1)q相当于m;(2)在外电路ARB上,q所受到的“静电力”F与m所受到的重力的分力( Gsinθ)相当;(3)在内电路BrA上,q所受到的“搬运力非与m 所受到的推举力推相当(当然,在这一段上q和m还分别同时受到静电力和重力的作用,但它们在方向上分别与非和推的方向相反);(4)R的电阻相当于m与斜面间有摩擦力作用,而r的电阻则与m在BDA上所受的摩擦力相当(如果r=0,则相当于图1(b)的BDA这一段是光滑的)。
2.用抽水机类比电源
如图3(a)所示,当电路接通后,在外电路上正电荷在静电力作用下由电源正极经外电路移向负极,电能经负载被转化为热能或其它形式的能。
怎样才能使移到电源负极的正电荷经电源内部到达电源的正极呢?
在电源内部,静电力对正电荷从负极向正极移动是起阻碍作用的。
也就是说,在一个电路中,如果只有静电力的作用,正电荷只能从高电势的正极移向低电势的负极,而不能再返回到正极,电流就不能持续。
为了在电路中维持一个恒定电流,除了静电力的作用外,必须要有“非静电力”施予电荷。
在电源内部,非静电力能使正电荷逆着电场力的方向运动,从低电势的负极移到高电势的正极。
这样才能在闭合的电路中形成持恒定电流。
这跟水泵把水从地势低处抽到地势高处的抽水作用的道理一样。
如图3(b)所示,重力的作用只能使水从地势高处流向地势低处,要使水流能够持续不断地循环流动,必须靠水泵提供的“非重力”抽水作用,把水从地势低处抽到地势高处。
这时指出,电源内部的“非静电力”与水泵抽水的“非重力”非常相似。
正是电源内部存在的“非静电力”,不断地把电荷从电源负极经电源内部移到电源正极,从而在电路中形成恒定电流。
二、电源的电动势
对于电源的电动势,关键是理解好上述第一种类比中的“推举力”和第二种类比中水泵抽水的“非重力”。
这也是进一步理解电动势概念的关键所在。
要在一个闭合电路中维持恒定电流,必须通过非静电力非的作用,才能源源不断地把正电荷从电源负极经电源内部“搬运”到电源正极。
电源就是提供这种非静电力的装置。
电源对电荷的这种“搬运”能力,即非静电力的做功本领,是一个表征电源特征的物理量,称为电源的电动势。
电动势是一个表征电源特征的物理量。
定义为把单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时,非静电力所作的功。
常用符号ε(也可用E)表示,单位是伏(V)。
若非移送电量为q的电荷所作的功为非,那么非/q。
ε是一个标量,为了电路分析方便,通常规定ε的参考方向为从负极经电源内部指向正极。
在一个闭合电路中,非静电力和静电力是矛盾的两个方面,两者同处于一个闭合电路中,它们即相互依存,又相互斗争,结果在电路中维持一个恒定电流。
在电源的内部,非静电力克服静电力作功,把其它形式的能(如化学能)转换成电能;在外电路上,静电力驱动电荷定向移动,把从电源获得的能量经负载又转换为别种形式的能(如热能、光能等)。
若从力的角度分析,在一个闭合电路中,电源就是能够提供非静电力的装置。
若从能量转换的角度分析,电源就是能够为电路提供电能的装置。
电源实际上就是一种换能器,电源提供的电能是从其他形式的能量通过非静电力对电荷作功转化而来的。
不同的电源,形成非静电力的原因不同,能量转换的形式也不同。
这里所谓的“非静电力”,是指它在本质上不同于静电力。
在不同的场合里,这种非静电力具有不同的本质。
例如,在干电池中,非静电力是指与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用,这可称之为“化学力”;又如,在通常的发电机中,非静电力是指导线在磁场中作切割磁感线运动时导线中自由电荷所受到的洛仑兹力。
在掌握了非静电力和电动势的概念后,从能量转换和守恒的观点出发,即可以方便地推导出闭合电路的欧姆定律。
设在时间t内,电流所作的功这个能量是靠电源提供的,应当有非。
又因为非=εq=εIt,所以。
由此,立即可得
I=εR+r。
这就是闭合电路欧姆定律。
