在教学中应准确理解电动势的概念:如何使电动势测定准确

时间：2018-12-26 03:41:58　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：在物理教学中，物理概念有着十分重要的作用，它包含着重要的物理思想和方法，蕴含着物理规律。学生只有真正掌握了物理概念的实质，才能正确理解并灵活运用，提高运用物理规律解决实际问题的能力。电动势是物理学中的一个重要概念，在教学中应使学生深刻理解电动势的物理含义并弄清其与电势差及路端电压概念的关系。
　　关键词：电动势静电力非静力路端电压电势差
　　
　　电动势是中专物理在初中物理知识的基础上高一个层次的教学内容，也是含源电路(全电路)的重要组成部分。电动势是一个重要概念，由于它抽象，涉及的知识面较广泛，情况又比较复杂，学生不易理解，是教学的难点。在教学过程中，一些学生认为电源的作用和电压的作用完全一样，特别是对电动势和电势差的关系和根本区别混淆不清。为了使学生正确地掌握电动势的概念，本文通过非静电力做功，然后引出电动势的定义，并且把电动势的概念和路端电压及电势差的概念加以区别，讲清它与相关知识的联系，对认识电动势的意义和本质将会取得好的效果。
　　1 电源电动势的物理意义及定义
　　如图1所示：全电路由内电路和外电路组成，虚线内是电源，R是用电器，ARB在电源的外部，称之为外电路，电源内部的电路称之为内电路。内电路和外电路的交接处就是电源的极，其中电势较高的极叫电源的正极，电势较低的极叫电源的负极。
　　
　　当电路被接通后，外电路中形成电场，在静电力作用下，正电荷从电势较高的正极向电势较低的负极移动，到达负极后与负极上的负电荷中和，因此，正、负极上的正电荷、负电荷同时减少。如果不及时地把正电荷从电势较低的负极转移、补充到电势较高的正极上，电路两端的电压将逐渐变为零，电路中的电流将停止，这是静电力不能实现的。只有在非静电力的作用下才能将正电荷从低电势的负极移至高电势的正极，电源的作用就是能够提供某种与静电力本质上不同的非静电力，这种非静电力能够把电源内部的正电荷从电势较低的负极经内电路搬运到电势较高的正极上，以维持正负极间一定的电压。在电源内部，非静电力把正电荷从电源的负极移到电源的正极这个做功过程就是电源电动势的本质。
　　在上述过程中，非静电力做功，正电荷的电势能增加，增加的能量是从其他形式的能量转化而来，电源就是把其他形式的能量转化为电能的装置。如伏打电池是把化学能转化为电能的一种装置，发电机是把机械能转化为电能的一种装置。在电源内部非静电力做功的过程就是能量转化的过程，非静电力做的功反映了有多少其它形式的能转化为电能，即非静电力把正电荷从负极移到正极所做的功与该电荷电量的比值就定义为电源的电动势。其公式为：E=W非/q。
　　2 对电动势概念的理解
　　电源是把其他形式的能转变为电能的装置，它的作用是通过非静电力（即电场力以外的化学力、电磁力等）做功，把正电荷从电源负极移送到正极，或者把负电荷从电源正极移送到负极，在电源两极维持一定的电势差。对同一个电源来说，电动势值为一恒量，并不因电路中有无电流、流过的电荷多少、电流强弱的不同而不同。对不同的电源来说，电动势的值不同。它反映了不同的电源把其它形式的能转化为电能的本领是不同的。由此可知，电源电动势的大小是由电源的性质和结构所决定的，而跟外电路的组成以及是否接入外电路无关。
　　2.1 电动势和路端电压的关系
　　路端电压是指电源两极的电压或者说电源加在外电路两端的电压，反映的是静电力把单位正电荷从电源正极经外电路移到电源的负极所做的功。对于给定的电源来说电动势是不变的，而路端电压却随电路的电阻的变化而变化，外电路两端的电压用U外表示。如图2所示：(虚线框内为电源，为电源内阻)它是随着外电路负载的变化而变化的，其变化规律服从全电路欧姆定律。即U外=E-Ir，Ir项是电源的内电压U内，也叫内压降，它的物理过程虽然也发生在电源内部，但与电动势的意义不同，它是由静电力所引起的，在电源内部起着消耗非静电力所做功的作用。对给定的电源来说，它的内阻r是不变的，但通过电源的电流是要随外电路而变化的，因此，内电压也是一个随外电路而变化的量。若令U内=Ir，则E=U外+U内。可见，电源电动势在数值上等于内、外电路上的电压之和。
　　
　　当负载电阻R为无穷大，相当外电路断开时，I=0，由U外=E-Ir得U外=E。
　　这表明：在外电路断开时，电源电动势虽然在数值上等于路端电压，但这并不意味着电动势就是电压。
　　电压的实际方向规定为从高电位点指向低电位点，即由正极指向负极，在电压方向上电位逐点降低。电动势的实际方向规定为从低电位点指向高电位点，即由电源负极指向正极，在电动势方向上电位逐点升高。
　　2.2电动势和电势差的区别
　　电动势与电势差是学生最容易混淆的两个概念，正确区别二者是非常重要的。两者的相同点：（1）电动势和电势差都是标量；（2）单位都是伏特；（3）在没有接通电路的情况下，电源的电动势和电源两极间的电势差在数值上是相等的。两者的不同点是：（1）定义不同：电动势的定义式E=W非/q，电势差的定义式U=W/q。（2）所表示的物理意义不同：电动势是指非静电力把单位正电荷从电源负极经电源内部移至正极时所做的功，电势差表示在电场中静电力把单位正电荷从电场中的某一点A移到另一点B所做的功。（3）能量转化过程不同：电动势是表示非静电力做功特性的物理量，非静电力做功时把其他形式的能转化为电能；电势差是表示静电力（电场力）做功特性的物理量，静电力（电场力）做功时电能转化为其他形式的能。
　　
　　参考文献：
　　［1］邵长泰，张明明.物理(下册).高等教育出版社，2005，6.
　　［2］人民教育出版社物理室.物理［M］.北京：人们教育出版社，2003.

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