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    電動勢的基本概念詳述

    王尚老師微信

    人教版選修3-1的第二章節介紹的是恒定電路,其中介紹了一個新的物理量,電動勢。

    電動勢的概念

    電動勢是反映電源把其他形式的能轉換成電能的本領的物理量。電動勢的概念如下:

    什么是電動勢呢?我們規定,能夠克服導體電阻對電流的阻力,使電荷在閉合的導體回路中流動的一種作用,稱之為電動勢。

    這種作用來源于相應的物理效應或化學效應,通常還伴隨著能量的轉換,一般總是出現在電源中的。

    對電源來說,我們定義電源的電動勢:等于單位電荷量運行一個回路過程中非靜電力所做的總功的大小。

    電動勢的公式描述:E=W/q (E為電動勢)【注意,q是參與回路流動的總電荷數量,而不是某個小球帶電的多少。】

    電動勢大表示什么意思?同樣流過1個單位的電荷,不同的電源做功的能力是不同的。舉例如下:

    (1)一個1.5v的電源,表示的意思就是流過1C的電荷,電源做功為1.5J。

    (2)一個20v的電源,表示的意思就是流過1C的電荷,電源做功為20J。

    因為電流在導體中(超導體除外)流動時要消耗能量,這個能量必須由產生電動勢的能源(電池)補償。

    電動勢的基本公式

    電動勢的基本公式是:

    E=W/q

    式中,E為電動勢;

    W為非靜電力所做的總功;

    q為做功過程中轉移的電荷量;

    電動勢與非靜電力做功

    經常有學生這樣問王尚老師,為什么必須是非靜電力做功呢?

    請同學們基于能量守恒來理解這個問題。

    電動勢大表示什么意思?同樣流過1個單位的電荷,不同的電源做功的能力是不同的。舉例如下:

    (1)一個1.5v的電源,表示的意思就是流過1C的電荷,電源做功為1.5J。

    (2)一個20v的電源,表示的意思就是流過1C的電荷,電源做功為20J。

    電動勢使電源兩端產生電壓,是形成電流的“動力源泉”。

    為什么要非靜電力做功?這是相對于電力做功來說的,電力做功,指的是外電路中。

    從能量守恒角度來分析,電源的內部必須有其他形式的能量(一般是化學能)轉化為電能(電動勢),然后在通過電路對外做功(比如讓電阻產生熱量);這是外電壓部分干的活兒。

    電動勢

    電動勢的理解

    我們可以借助恒定電路章節中閉合電路歐姆定律來進一步理解電動勢這個概念。

    如果電動勢只發生在導體回路的一部分區域中,就稱這部分區域為電源區。電源區中也存在著電阻,稱為電源的內阻。

    整個回路中:E=U+Ir=IR+Ir;

    由上式可知,在電源內部,非靜電力把單位正電荷從負極移送到正極時所做的功。

    也就是說,電荷之間的相互作用是通過電場發生的。只要有電荷存在,電荷的周圍就存在著電場,電場的基本性質是它對放入其中的電荷有力的作用,這種力就叫做電場力。

    后面,我們還會學到電磁感應電動勢,與這里的電動勢在本質上是相同的,只不過它不是一個電源,而是一根導體棒的運動產生類似電源的電流回路。

    我們稱由于(導體棒等運動而產生的)磁通量變化,在回路中產生的電動勢為電磁感應電動勢,簡稱感應電動勢,也是用符號E來標書;與電源電動勢的符號一致,可意義大不相同。

    電動勢的單位

    電動勢單位與電壓是一樣的,單位是伏特,簡稱伏,符號是v。

    在電路中,電動勢常用字母E來表示。

    電源電動勢的測量

    電動勢的測量是一個電學實驗,要借助電壓表與電流表,并依據閉合電路歐姆定律基本原理來進行測量。

    這個實驗是恒定電路章節最為重要的實驗,同時也是高考物理最常考的實驗之一,這里的內容太多了,請同學們查看這篇文章:

    測量電源電動勢與內電阻的實驗http://www.q6113.com/zongjie/kaodian/480410.html

    電動勢與電壓的區別

    從上面的分析可知,電動勢與電壓的單位是一致的。在純電路問題分析時,我們可以認為簡單的認為,電源的電動勢,就是回路中的總電壓。

    (1)電動勢是基于電源的角度來定義的量,大部分情況下,反映的電源電動勢與內電壓、外電壓之間的關系。

    (2)電壓是基于電路的角度來定義的量,大部分情況下,反映的用電器電流、電阻、電壓之間的關系。

    電動勢與電勢的區別

    電勢是我們高中物理選修3-1靜電場章節中很重要的物理量,而電動勢是恒定電路的物理量。

    (1)電動勢是基于電源的角度來定義的量,電動勢反映的是電源的問題,非靜電力做功的問題。在電源內部,非靜電力把單位正電荷從負極移送到正極時所做的功,就是電動勢。

    (2)電勢往往反映的是某個帶電粒子在靜電場中處于不同的位置,而具有不同的能量(即能對外做功的大小不同)

    進一步理解請閱讀:電勢差http://www.q6113.com/zongjie/kaodian/480397.html

    電動勢的其他公式

    在講解電動勢的其他公式前,我們再來復習電動勢的定義與基本公式:

    電動勢等于單位電荷量運行一個回路過程中,非靜電力所做的總功的大小。

    電動勢的概念公式表述為:

    E=W/q

    電動勢的其他公式:

    (1)E=IR+Ir

    公式解釋:在電路中,電源的電動勢,等于路端電壓與內電壓之和。這就是閉合電路歐姆定律的表達式。

    詳細解析請閱讀:閉合電路歐姆定律http://www.q6113.com/zt/omdl/470179.html

    (2)E=△Φ/△t

    公式解釋: 電磁感應中,線圈產生的感應電動勢,等于磁通量的變化量。

    詳細解析請閱讀:法拉第電磁感應定律http://www.q6113.com/zongjie/kaodian/43299.html

    (3)E=BLv

     公式解釋:單個導體棒切割,產生的感應電動勢,大小等于BLv。

    詳細解析請閱讀:深入解析公式E=BLv http://www.q6113.com/zongjie/kaodian/43300.html

    (4)E=nBSωsinωt

     公式解釋:交流電瞬時電動勢的表達式。

    詳細解析請閱讀:交流電的產生http://www.q6113.com/zongjie/x32/481787.html

    高三學生應該明確電動勢是恒定電路章節的物理量

    盡管,考察電動勢最多的是電磁感應章節講到的感應電動勢,可高三的學生一定要明白,首先講到電動勢的并不是電磁感應章節;

    電動勢而是恒定電路的內容;最早講到的電動,勢是描述電源最重要的物理量。

    這個物理量和靜電場中的電勢、電勢差相似,卻不同。

    王尚物理學習博客

     

     

     

    文章作者

    王尚老師,本文禁止任何網站轉載。

    參考文獻

    王尚物理三三學習法則http://www.q6113.com/vip/481795.html

    電動勢概念http://blog.teacherws.com/physics-research/13181.html

    高考最常考的二十大考點http://www.q6113.com/zongjie/kaodian/32195.html

    高中物理公式大全http://www.q6113.com/zongjie/gongshi/481758.html

    為何測量直線與U軸焦點大小為電動勢http://blog.teacherws.com/wen/15296.html

    高中物理選修3-1內容一覽http://www.q6113.com/top/481754.html

    電壓和電動勢的區別http://blog.www.q6113.com/40963

    什么是反電動勢http://blog.www.q6113.com/40505

    右手定則判定電動勢方向http://www.q6113.com/zongjie/kaodian/480436.html

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