电源电动势公式及电动势的方向理解

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所属分类:高二物理

高二物理在研究闭合电路欧姆定律提到电源电动势概念,以及电动势的方向、电动势公式。这点与初中物理提到的电源电压是不相同的。下面,无忧物理学习网就详细对电源电动势的理解做个介绍。

电源电动势

1、概念:所谓电源电动势,就是电源内部非静电力将正电荷从电源的负极移到正极所做的功与正电荷的电荷量的比值。其公式为:E=W/q

2、电源电动势的引入,是为了反映电源将其他形式能转化为电能的本领。

3、电源动大小理解

1)从能量转化角度,电源电动势公式为:E=W/q

2)从测量角度,电源电动势大小等于电源断开时电源两端的电势差

补充几点说明:

1)电源电动势反映的是电源本身性质的物理量,与外部电路是否连接无任何关系;

2)电源电动势的大小可以从两个不同角度来理解,这并不矛盾,仅仅是考虑角度不同而已。

电动势的方向

物理上规定电源电动势的方向,在电源内电路中,电流由电源的负极流向正极,外电路中,电流由电源的正极流向负极。如下图所示:

电源电动势公式及电动势的方向理解

电源电动势公式

电源与外部电路构成闭合电路后,从能量转化角度上,外部电路消耗了电能,内部电路也消耗了电能。因此非静电力所做的功,在数值上就等于内外电路电能转化为其他形式能的总和。可以用下图理解:

电源电动势公式及电动势的方向理解

由能量守恒可知:

W=qU+qU,而W=qE

由两式化简得:

E=U+U(适用于一切电路)

这就是闭合电路欧姆定律。它反映了闭合电路中电动势的大小等于外电路电压和内电路电压之和。

由公式又可以求出闭合电路的总电流:

电源电动势公式及电动势的方向理解

其中,r表示电源的内阻,R表示外电路的总电阻。

由闭合电路欧姆定律,可知路端电压和负载关系:U=E-IR

分析RIU之间制约关系的讨论:

1R减小,I增大,路端电压U减小,即R↓→I↑→U

2R增大,I减小,路端电压U增大,即R↑→I↓→U

3、做出U-I图像:

电源电动势公式及电动势的方向理解

有两个特殊位置:

当外电路断开时,R→∞I=0U=E,即图像的纵截距就是电动势E

当外电路短路时,R=0I=E/rU=0,即图像的斜率就是电源的内阻;

经典例题

1、如图所示是某电源的伏安特性曲线,则下列结论正确的是(     

电源电动势公式及电动势的方向理解

A.电源的电动势为6.0V

B.电源的内阻为12Ω

C.电流为0.2A时的外电阻是28.4Ω

D.电源的短路电流为0.5A

答案:AC

解析:本题考查电源电动势公式的理解,由闭合电路欧姆定律可知U-I图像的纵截距表示电动势,故A正确;由于图像的纵坐标不是从0点起,而是从5.2V起,故斜率K=r=6.0-5.2/0.5=1.6Ω;当I=0.2A时,由R=E-Ir/I=28.4Ω,C
正确;由于E=U+1.6I,所以当电源短路时,U=0,则I=3.75A,故D错误。

2、关于电动势,下列说法中正确的是(   

A.一个电源的电动势的大小只由电源本身决定

B.因电动势的单位和电势差相同,所以电动势实质上就是电势差

C.一个电动势为1.5V的电池接入电路时,若有1C的电荷量通过电路,就有1.5J的化学能转变成电能

D.电压表接到电源两极时,测得的值完全等于电动势

答案:AC

解析:本题考查电源电动势的概念,电动势反映电源本身性质的物理量,故A正确;电动势与等于内外电路电压之和,故B错误;从能量转化角度理解,电动势大小在数值上等于非静电力将正电荷从电源负极移到正极时电场力所做的功,故C正确;必须将电源断开时,电源两端电压才等于电源电动势,故D错误。

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