高中物理《电动势》教学过程说明与教学简案

同学们好、老师好，请坐。

环节一（时间预期：六分钟）

演示试验（一）

首先，请大家看一个电路，闭合电键K1后，四节干电池给电容器充电，充电完成后，闭合电键K2，我们看到小灯泡闪一下就熄灭，这说明电容器只能提供瞬时的电流，一旦电容器正极板的正电荷在电场力的作用下通过导线到达电容器的负极板，与负极板的负电荷中和，电流就消失了。（提醒学生，本节课为了表述方便，我们约定，能够发生自由移动的电荷是正电荷）现在请大家观察，如果用一节干电池给小灯泡供电，小灯泡就能够持续的发光，这说明干电池能够给小灯泡提供持续的电流，相比于电容器而言，电池内部一定有一种力，把从电源正极经过小灯泡到达负极的正电荷在电源的内部再次由电源的负极搬运回电源的正极，那么这种力是一种什么力呢？这是值得我们探究的一个问题。

演示试验（二）

这是一个电路，由四个完全相同的小灯泡并联而成，每个小灯泡的额定电压均为6V，这是一个恒压电源，它可以提供几乎不变的电压，现在，我们将恒压电源的电压设置为6V，请同学们分析并预判，如果我们逐一闭合电键，我们会观察到什么现象呢？（小灯泡逐一点亮，亮度几乎相同）。与同学们的预判完全相同，理论和实际符合的很好！现在，将四节干电池串联到一起，每节干电池是1.5V，四节干电池是6V，如果用这四节干电池替换恒压电源为小灯泡供电，进行与之前相同的操作，我们会不会观察到相同的现象呢？（找一名同学操作）并由该同学描述现象（随着电键的闭合，小灯泡越来越暗）这说明随着并联小灯泡数量的增加，干电池提供的给小灯泡的电压在变化！（在减小）这种现象是由什么原因引起的呢？好，这是一个电阻箱，现在，我在恒压电源上串联一个阻值为3欧姆的电阻，然后使这个整体与小灯泡并联，重复之前的操作，请大家认真观察这次的实验效果与四节干电池供电的效果几乎相同，我们是否可以大胆的猜想，干电池内部很可能有什么？电阻！

很好！像干电池这样的实际的电源，内部有一定的结构，同时还具有为用电器持续供电的本领。本节课，我们主要研究描述电源特性的物理量。

（板书：第六章第一节电动势）

环节二（预期时间十五分钟）

为了深入研究电源的内部结构，我们需要解剖电源，这里有老师自制的一个装置，大家可以清晰的看到内部的结构，它真的是一个电源么？同学们看，小灯泡亮了！它真的是一个电源，那么，这个电源哪端是电源的正极？哪端是电源的负极呢？好，现在我们先用电压传感器检测一节干电池，通过检测，我们发现当红色电夹连接干电池正极，黑色电夹连接干电池负极时，示数为正1.5V，反之则为负1.5V，现在我们连接自制电源的两个极板，好，我们发现红表笔接二氧化铅板，黑表笔接铅板时，示数为正2.1V，这表明这个电池没有接入电路时，电池正负极之间的电势差为2.1V，同时表明，二氧化铅板为电源的正极。

我们注意到，这个蓄电池的三个主要部分：二氧化铅、铅、稀硫酸都是导体。它们三者原本各自都是电中性的，但是现在这三部分导体作为一个整体时，两端却存在这电势差，这说明，对于这个整体而言它内部的电荷分布会发生变化，它的正极（也就是二氧化铅板上）要积累正电荷，它的负极（也就是铅板上）要积累负电荷，

电源内部应该建立由正极指向负极的电场，但是，存在于电源正极的正电荷，以及存在于电源内部的正电荷所受的电场力必然指向电源负极，这必然导致两极上正负电荷的中和，两极间电势差的消失，而未接入电路的电源，两极间的电势差是保持稳定的，内部是不存在电流的，这说明什么？在电源内部一定有一只无形的手，提供了一个与静电力相抗衡的力，正是这个力起到了分离正负电荷，保持电源两级电势差的作用，这个力一定不是静电力，所以我们把它称之为非静电力。那么，这个非静电力作用在电源内部的哪些位置呢？这是一个非常棘手的问题，这个力显然不易直接测得。我们可以这样思考，当电源没有接入电路时，这个力一定和电场力处处平衡，因此电场力在哪里，这个力就在哪里。有电场分布的地方电荷才受到静电力的作用，因此电场在哪里，非静电力也一定作用在哪里。有电场分布的地方就一定有电势的变化，因此，电源内部哪里存在电势的变化，这个非静电力就一定就存在在哪里。

（看PPT）如果实际情况真是按照这个图示所描述的那样，电源内部贯穿有静电场，从电源的负极板到电源的正极板电势连续提升，那么这个非静电力的作用也必然连续贯穿于电源内部。所以，如果我们能探测出电源没有接入电路时，电源内部电势分布的特点，我们就能精准定位这个非静电力作用在哪些位置。

现在，我们用电压传感器测量电源没有接入电路时电源内部电势分布的特点，测量的结果说明：在极其靠近电源负极B ，和极其靠近电源正极A的位置出现了电势的跃变，也就是说，靠近极板附近极短的位置变化，存在电势的明显提升，而在极板之间距离较长的稀硫酸的内部，没有电势的变化，也就不存在非静电力的作用，实验探究表明，对于这个自制电池，非静电力只作用在极其靠近极板附近的位置。为什么会这样呢？这个非静电力到底是个什么性质的力呢？接下来我们看一段视频。

展示视频：说明这个非静电力是化学作用。

不同电源内部都存在非静电力，但并不是所有的非静电力都是化学力，根据非静电力的性质不同，我们可以把电源分为不同的种类，在高中阶段，我们主要接触的实际电源主要有两种：第一种是以干电池、蓄电池为代表的化学电源，其非静电力来源于氧化还原反应中产生的化学力，第二种是发电机，其非静电力来源于磁场力。

当电源没有接入电路时，正是电源内部的非静电力起到了分离正负电荷，提升电势，保持电源正负两极的作用。然而不用电源的内部非静电力的性质不同，作用的强度不同，保持正负两极稳定电压的本领不同，为了表示电源的这种特性，电学中引入了电动势的概念，符号用E表示，它在数值上等于电源没有接入电路时正负两极间的电压，单位也是V。例如：干电池没接入电路时，两极间的电压为1.5V，干电池的电动势就是1.5V。蓄电池没接入电路时，两极间的电压为2 V，蓄电池的电动势就是2V。发电机在没有接入负载时，电压可达书潜伏，该发动机的电动势就是数千伏。

（板书：电动势：数值上等于电源没有接入电路时正负两极间的电压。）

环节三：（十分钟）

当电源与用电器连接后，就构成闭合回路，闭合回路可以分成两个部分，一部分是电源外部的电路，叫做外电路，一部分是电源内部的电路，叫做内电路，在外电路，当电路闭合时，电源两极积累的正负电荷在外电路建立了由电源正极指向电源的负极的电场，在电场力的作用下，正电荷由电源的正极经过用电器到达负极，与负极的负电荷中和，在电源内部非静电力将正电荷搬运回电源正极，循环往复，形成电流，为了深入了解电源工作时的特性，我们继续进行实验探究，

实验探究

用自制电源给一个小灯泡供电，利用电压传感器测量闭合回路的电势变化特点。

（利用电压传感器测量电压，记录数据）

分析数据我们发现，在电源接入电路后，整个闭合电路一共有两次电势的降落，两次电势的提升。在外电路电势的降落源于外电路的电阻，我们把这个电压叫做外电压，当电流流过内电路时，也存在电势降落，这说明电源内部存在对电流的阻碍作用，我们称之为电源的内阻，这正好证实了我们上课时演示实验的猜想。不同电源内阻的来源不同，化学电源的内阻来源于电源内部的电解液，发电机的内阻来源于其内部的线圈。

（板书：电源的内阻）

我们把电流通过电源内部时在内阻上电势的降落叫做内电压。

两次电势的提升在哪里提升？为什么？一共提升了多少？数值上等于什么？如何从能量转化的角度来定义电动势？

数值上等于移动单位电荷非静电力做的功，表示把其他形式的能转化为电能的本领。电动势越大，转化本领越强

（板书：E=W非/q）

增加并联小灯泡的个数（一次增加到4个）（利用电压传感器测量电压，记录数据）

分析数据我们发现，内外电压在外电路发生变化时此消彼长都在变化，但总和不变，且数值上等于电动势。

（板书：E=U外+U内）

等式左右两侧同乘以q，表示通过非静电力做功转化的电能，与电路消耗的电能相等，这是能量守恒的体现。

环节四：

让学生操作小球提升装置，对比能量转化的过程。

环节五：布置作业

1. 课后活动：水果电池

2.调查国内外电池回收领域发展情况

3.调查新型电池，如：超级电容电池研发的最新进展