第二节　电动势
学习目标：1.知道电源是将其他形式能转化为电能的装置．
2．了解电路中自由电荷定向移动过程中，静电力和非静电力做功与能量转化的关系．
3．了解电源电动势的基本含义，知道它的定义式．
4．理解电源内电阻．
重点难点：电动势的理解．
易错问题：容易把电动势和电压两个概念混淆起来．
一、电源
1．电源能维持电路中稳定的电流，是因为它有能力把来到负极的 电荷经过电源内部不断地搬运到 极．
正
正
2．电源内部总存在着由 极指向 极的电场，在这个电场中正电荷所受的静电力阻碍它向正极的移动，要使正电荷向正极移动，就一定要有非静电力作用于电荷才行，这种力做功使电荷的电势能 ．
3．从能量转化的角度看，电源是通过 做功把其他形式的能转化为电势能的装置．
负
增加
非静电力
正
二、电动势
1．物理意义：表征电源把 能转化为 本领的物理量．
2．定义：电动势指在电源内部，非静电力把正电荷由 极移送到 极，非静电力所做的功W与 的比值，用E表示．即E＝ ，单位是 ．
3．大小的决定因素：由电源中 特性决定，跟电源的体积无关，跟 也无关．
其他形式
电能
q
伏特
正
负
非静电力
内外电路
电源向外电路提供的电能越多,表示电动势越大吗？
【思考·提示】　不表示．
三、内阻
电源内部也是由导体组成的，所以也有电阻，这个电阻叫电源的 .
内阻
一、对电源作用的理解
电源在电路中的作用可与生活中抽水机的作用类比便于理解．
1．如图2－2－1所示，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，从水池A运动到水池B.A、B之间的高度差很快消失，在这种情况下，水管中只可能有一个瞬时水流．但若在水池A、B间连一台抽水机，将水池B中的水抽到水池A中，保持A、B之间的高度差，从而在水管中就有源源不断的水流了．
电源在电路中的作用就是不断地将流到负极的正电荷搬运到正极，从而保持正负极间有一定的电势差，电路中便有持续的电流．
图2－2－1
2.从能量转化的角度来看，当水由A池流入B池时，由于重力做功，水的重力势能减少转化为其他形式的能．如图2－2－1当抽水机将B中的水抽到A中的过程中，要克服水的重力做功，将其他形式的能转化为水的势能．同理在电源内部如图2－2－2，由于存在由正极指向负极的电场，当把正电荷由负极搬运到正极的过程中，就要有非静电力作用于电荷来克服电场力做功，使电荷的电势能增加，即从能量转化来看．电源是把其他形式的能转化为电能的装置．
图2－2－2
类比的方法是中学物理学习中常用的方法，它可以使问题更形象，如电容器电容和容器容量的类比，电势差和高度差的类比．
二、对电动势概念的理解
1．概念理解
(1)电源的种类不同，电源提供的非静电力性质不同，一般有化学力、磁场力(洛伦兹力)、涡旋电场力等．
(2)不同电源把其他形式的能转化为电能的本领是不同的．电动势在数值上等于非静电力将1 C正电荷在电源内从负极搬运到正极所做的功，也就是1 C的正电荷所增加的电势能．单位为伏特(V)．
(3)电动势是标量，电源内部电流的方向，由电源负极指向正极．
(4)公式 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．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．
2．电动势与电势差的区别与联系
电动势和电势差虽然单位相同，定义式类似，但二者有本质的区别．电势差反映电场力做功，将电势能转化为其他形式的能；而电动势反映非静电力做功，将其他形式的能转化为电能．能的转化方向不同．
下列说法中正确的是 (　　)
A．在外电路和电源内部，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】　电源内部非静电力做功，使电荷的电势能增加，引出了电动势的概念来描述非静电力做功的本领，而静电力移动电荷做正功的过程电势能减少，故选D.
【答案】　D
【思维总结】　在电源内部也存在电场，其方向是从电源的正极指向负极，因此正电荷在电源内部受到从正极指向负极的静电力，必须存在非静电力克服静电力做功，才能使电源把其他形式的能转化为电能．
1．关于电动势E，下列说法中正确的是(　　)
A．电动势E的大小，与非静电力W的大小成正比，与移送电荷量q的大小成反比
B．电动势E是由电源本身决定的，跟电源的体积和外电路均无关
C．电动势E的单位与电势、电势差的单位都是伏特，故三者本质上一样
D．电动势E是表征电源把其他形式的能转化为电能本领的物理量
答案：BD
下列说法中正确的是 (　　)
A．电源的电动势实质上就是电源两极间的电压
B．电源的电动势在数值上等于两极间的电压
C．电源的电动势与电压的单位相同，但与电压有本质的区别
D．电动势越大，电源两极间的电压一定越高
【解析】　电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，而电压是电场中两点间的电势差，电动势与电压有着本质的区别，所以A选项错，C选项对；当电源开路时，两极间的电压在数值上等于电源的电动势，但在闭合电路中，电源两极间的电压(路端电压)随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小，当电源短路时，R外＝0，这时路端电压为零，所以B、D选项错．
【答案】　C
【思维总结】　(1)电动势和电压在数值上有时相等，但二者是不同的概念．
(2)当电路开路时，可以直接用电压表粗略地测出电源的电动势．
2．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E＝W/q中W与电压U＝W/q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
答案：D
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？
【解析】　由电动势的定义可知，在电源内部中非静电力每移送1 C电荷，有3 J其他形式的能转化为电能．也可认为在电源中，非静电力移送电荷做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能；在电路中，电场力移送电荷做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．
(1)W＝Eq＝3×6 J＝18 J，电源中共有18 J其他形式的能转化为电能．
(2)W1＝U1q＝2.4×6 J＝14.4 J，外电路中共有14.4 J电能转化为其他形式的能．
(3)由能量守恒知，内电路中有18 J－14.4 J＝3.6 J的电能转化为内能．
【答案】　(1)18 J　(2)14.4 J　(3)3.6 J
【思维总结】　非静电力只在电源内部对电荷做功，将其他形式的能转化为电能，但静电力在整个闭合电路上都要做功，将电能再转化为其他形式的能，不能只认为电场力只在外电路做功，因电源有内阻，在内电路上有部分电能转化为内能，这要通过静电力做功来实现转化．
3．在本例题中：(1)若电路中有30 J的其他形式的能转化为电能，则电路中通过的电荷量是多少？
(2)若外电路中有30 J的电能转化为其他形式的能，则电源内部有多少电能转化为其他形式的能？
答案：(1)10 C　(2)7.5 J
1．关于电源，下列说法中正确的是(　　)
A．电源可将其他形式的能转化为电能
B．在电源内部其他形式的能转化为电能
C．在电源内部，电源依靠库仑力搬移电荷
D．电源就是产生电荷的装置
解析：选AB.电源是将其他形式的能转化为电能的装置，A对；在电源内部依靠非静电力做功将其他形式的能转化为电能，B对C错；电源能够不断移动电荷，不能产生电荷，D错．
2．下列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：选BCD.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．
3．下列关于电动势的说法中，正确的有(　　)
A．电源的电动势越大，非静电力将正电荷从负极移送到正极做的功一定越多
B．电源的电动势越大，非静电力将单位正电荷从负极移送到正极做的功一定越多
C．电源的电动势越大，非静电力将正电荷从负极移送到正极的电量一定越多
D．电源的电动势越大，非静电力移动相同电量转化的电能一定越多
解析：选BD.非静电力移送电荷做的功W＝Eq，电动势越大，将1 C正电荷从负极移送到正极做的功一定越多，选项A错误，选项B正确．在电源内部，非静电力移送电量为q＝It，电动势大的，移送的电量不一定多，选项C错．由W＝Eq，电动势越大，非静电力移动相同电量做的功越多，产生的电能也越多，D选项正确．
4．铅蓄电池的电动势为2 V，这表示 (　　)
A．电路中每通过1 C电荷量，电源把2 J的化学能转化为电能
B．蓄电池两极间的开路电压为2 V
C．蓄电池在1 s内将2 J的化学能转变成电能
D．蓄电池将化学能转变为电能的本领比一节干电池(电动势为1.5 V)的大
5．常用的干电池有1号电池、5号电池等，电动势均为1.5 V，如果这两种电池对外供电荷量均为2 C，那么电源所做的功各是多少？有多少其他形式的能转化为电能？试分析一下，这两种电池在电学性能上有哪些不同？
解析：W＝qE＝2×1.5 J＝3 J，两种干电池做功均为3 J，均有3 J的其他形式的能转化为电能．两种电池的容量不同，5号电池容量小，内阻不同，一般情况下，5号电池内阻大．
答案：3 J　3 J　两种电池的容量不同，5号电池容量小，内阻不同，一般情况下，5号电池内阻大