电源电动势范文精选

三、几种常见的电池

实验室和日常生活中用得最多的电池是化学电池，各种化学电池基本上是由电解质溶液和插在其中的正、负电极组成.正、负电极用不同的金属或者碳棒制成.

圆筒形干电池是一种广泛使用的电源，用氯化铵作电解质.这种电池按体积大小有多种规格，电动势都是1.5 V.层叠电池也是一种干电池，它由多个电池组合而成，电动势较高.碱性电池的外形和电动势与干电池一样，但改用强碱性物质氢氧化钾或氢氧化钠做电解质，容量比同体积的干电池大得多，常用在小型录音机、照相机闪光灯等耗电荷量大的用电器中.

钮扣式氧化银电池体积小，可用于电子表、便携式计算器等.它的正极是氧化银，负极是锌，电解液是氢氧化钾溶液.该电池的电动势为1.55 V.

可再充电的电池叫二次电池，镍氢电池、锂离子电池等都是二次电池.常用在移动电话、手提电脑等需要重新充电的用电器中.

铅蓄电池也是一种二次电池，它的负极是铅板，正极是涂了一层过氧化铅的铅板，电解液是硫酸溶液.它的电动势是2 V.

硅光电池是一种将光能转化为电能的电池.这种电池性能稳定，使用寿命长.在人造卫星上常用硅光电池做电源.目前硅光电池的成本较高，能量转换效率较低，这限制了它的使用范围.

四、电压与电源电动势

一、等效电源的思想

等效法亦称“等效替代法”，是科学研究中常用的思维方法之一.中学生可以这样来理解电源和电阻的组合：一个实际的电源，就是一个（内阻不计的）恒压源和一个定值电阻的组合.当需要的时候我们也可将一个电源和一个定值电阻构成一个新的电源，其组成有两种形式：

图1

1．电源（电动势E、内阻r）和一个定值电阻R串联组成一个等效电源

根据闭合电路欧姆定律，当外电路断开时，其路端电压等于电动势.我们就让上面的组合电源的外电路断开，显然此时它的路端电压就是E，所以等效电源的等效电动势就是E1等=E；同理，当外电路短路时，电路和电流达到最大，而电动势和最大电流的比值就是内电阻，可以推得等效电源的内电阻为r1=r+R.

图2

2．电源（电动势E、内阻r）和一个定值电阻R并联组成一个等效电源

类上，先让外电路断开，等效电源的电压就是R两端的电压，所以ER=E1等=RE（R+r）；再让外电路短路，最大的放电电流为Er，所以等效电源的等效内阻为r1=Rr（r+R）.

〔关键词〕 测量值；真实值；误差；系统误差

〔中图分类号〕 G633.7〔文献标识码〕 C

〔文章编号〕 1004―0463（2008）07（A）―0061―01

测定电源电动势和内电阻是高中物理实验教学中重要的实验之一，笔者结合多年的教学经验总结了六种测量电源电动势和内电阻的方法，供大家参考。

方法一：实验电路图如图1所示，闭合开关S，移动滑动变阻器滑片到某一位置，电流表和电压表的读数分别为I1和U1；移动滑片到另一位置，读出另一组读数为I2和U2。则可以按下式计算电源的电动势和内电阻：

说明：本方法由于电压表分流，电流表的测量值偏小，结果使得E、r的测量值均小于真实值。

方法二：电路图如图2所示，闭合开关S，使电阻箱接入电路的电阻为R1时电流表的读数为I1，使电阻箱接入电路的电阻为R2时电流表的读数为I2。则：

说明：本方法可以测到真实的电流值，但会导致内电阻测量的系统误差，即测量的内电阻值r测大于真实内电阻值r真，但测出的电动势等于真实值。

所谓“等效电源”就是在简化电路时，任何一个有源二端线网络都可以用一个电动势为E的理想电压源和内阻r0的电阻串联来替代。等效电源的电动势E就是有源二端网络的开路电压u0，即将负载RL与电路断开后A、B两端之间的电压。等效电源的内阻r0等于有源二端网络（将电压源视为短路；电流源视为开路）断开后所得到的无源网络A、B两端之间的电阻。

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我们在做“测量电源电动势和内阻的实验”时，若不考虑电流表和电压表对电路的影响，无论使用图1或图2情况完全一样。

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实验原理很简单，通过改变可变电阻的阻值，读出几组电流表和电压表的示数，可得到路端电压和干路电流的两组数据U1、I1；U2、I2。根据闭合电路的欧姆定律列方程：

E=U1+I1r①

E=U2+I2r②

由①②即可得电动势E和内阻r。

测电源电动势和内电阻是高考电学实验的热点，采用伏安法测量是最基本的方法。但学生对这个实验的理解比较困惑。现在我谈一谈自己对这个实验的理解。

一、实验原理

本实验的原理是闭合电路欧姆定律。E=U+Ir，路端电压U和干路电流I是需要测量的物理量，所以选择电流表和伏特表。

二、电路图

由于之前已经学过伏安法测电阻，所以如果考虑电表内阻的话，电路图有两种。如图

以电源为待测对象，按照之前学过的伏安法测电阻，电路图甲可以用电流表外接来记忆，同理图乙为电流表内接。

三、数据处理

1.联立方程求解的公式法

【摘　要】在中专物理课程中，同学们对学习“电源电动势”这个概念感到比较困难，其原因在于：第一，电源内部所发生的物理及化学过程比较抽象难懂，第二，与电源有关的各物理量之间的关系及各物理量之间的区别比较复杂且容易混淆。因此在应用这部分内容解决具体问题时往往错误比较多。这些错误多属于基本概念不清这类性质的问题，在教学中如何突破这个难点，本文进行了分析。

【关键词】中专物理；电源电动势；定义

1.讲清电源电动势的物理意义及定义

电源是将其它形式的能转化为电能的装置，衡量电源这种转化本领的物理量就是电源电动势的物理意义。从物理意义我们可将电源电动势定义为：电源中非静力把单位正电荷从电源负极（低电位）移动到正极（高电位）所做的功。讲述这一过程时应牢固地掌握什么是非静电力及非静电力所做的功。电荷受力移动时所需要的力可以是静电力，化学力，电磁力。所谓非静电力主要是指化学力和电磁力。对于化学力，同学们只要在电路中遇到干电池，蓄电池之类的电源，就一定会想到电源中有化学力存在。但对于电磁力，很少人在教学中会把它和电源内部非静电力联系起来；例如单根直导线在均匀磁场中切割磁力线，这部分知识初中物理已学过。

用外力让单根直导线 ab往右切割磁力线，可用右手定则判断正电荷往 a运动，负电荷往 b运动，a端电位高，b端电位低，导线ab就产生感应电动势，相当于电源，a为正极，b为负极。那么它的本质是什么呢？本质是导体内部大量自由电子受到电磁力作用而产生的一种现象。由于导线向右运动，可看成大量的自由电子往右运动，利用左手定则（判断电磁力方向的定则）可得出受力方向向下，而正电荷受力向上，迫使带负电的电子积聚在 b端，而正电荷积聚在a端，这样就形成了电源。这样分析，就可把右手定则和左手定则有机地统一起来。使同学门懂得，电源内部是由电磁力这一非静电力对电荷做功。是外力迫使电荷往右运动，而产生电磁力对电荷做功，这个电磁力就是非静电力。

电源电动势和非静电力做的功是密切联系的。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。非静电力做的功反应了有多少其它形式的能转化为电能。因此在电源内部非静电力做功的过程就是能量转化的过程。电源电动势的定义就是从这一点得来的，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。公式为：

E=W非/Q

2.电动势与电压的区别

电学实验一直是物理高考的必考点，而测电源电动势和内阻作为电学的重要考点在高考中经常出现.在高考复习中归纳好各种测电源电动势和内阻的方法对备考显得非常重要.

一、真题呈现

图1

例（2014年高考全国新课标理综卷23）利用如图1电路，可以测量电源电动势和内阻，所利用的实验器材有：待测电源，电阻箱R（最大阻值999.9Ω）电阻R0（阻值为3.0Ω），电阻R1（阻值为3.0Ω），电流表A（量程为200mA，内阻为RA=6.0Ω），开关S.

实验步骤如下：①将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；②多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；③以1I为纵坐标，R为横坐标，作1I-R图线（用直线拟合）；④求出直线的斜率k，和在纵坐标的截距b.

回答下列问题：

（1）分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则1I与R的关系式为.

（2）实验得到的部分数据如下表，其中电阻R=3.0Ω时电流表的示数如图2，读出数据，完成下表：①，②.

摘 要： 本文通过计算法、图像法、等效法三种方法，分别分析了采用伏安法测定电源电动势和内阻的两种实验方案的系统误差情况，从而确定实际教学中采用哪种方法进行测定。

关键词： 伏安法 系统误差 修正读数

测定电源电动势和内阻，这个实验出现在普通高中新课程标准物理选修3-1电学实验部分，它使用一只电压表、一只电流表和一个滑动变阻器，采用伏安法测定电源的电动势和内阻。

采用伏安法测定电源电动势和内阻有电流表的内接和外接两种接法，因此，实验时就有两种实验方案，由于我们使用的电表都不是理想电表，因此这两种方案均存在一定的系统误差，但是误差的大小不一样。下面就这两种测定方法的误差进行分析和比较，最终确定用哪种更好。

一、测电源电动势和内阻的两种方案

二、误差分析

1.计算法

①电流表外接法（误差来源于电压表的分流）

现行普通高中课程标准实验教科书・物理选修3-1（人教版）第43页在介绍电源电动势时指出：“由于正、负极总保持一定数量的正、负电荷，所以电源内部总存在着由正极指向负极的电场”，出现了插图2.2-1（如图1所示）。该图结构简单，与发电机模型相吻合。从能量转化的角度来看，图1所给出的电源内部电场分布情况，可以理解为一种“等效分布”情况，这种“等效分布”应该就是“实际分布”对空间的“平均分布”。但是，该种简化后的“平均分布”不便于理解电流在电源内部通过内电阻时，电场力做功产生焦耳热，而使内电路电势降落的意义抽象。即电流由负极经电源内部流向正极的过程中，电源内阻怎样分压？怎样消耗电能转化为内能？因此，为了更好地理解与区分电动势和电压的物理意义，就需要明确电源内部电场的“实际分布”情况，如图2所示。

以化学电池为例，由于氧化还原反应，在电源正、负极附近分别出现了厚度约为10-10m～10-6m的偶电层ad和cb，如图2所示。由图2可知，电源对外供电时，其内部电场可分为三个区域：绝大部分区域（dc）内，场强方向由负极指向正极，而在靠近两极的偶电层ad和cb内，场强方向则由正极指向负极。因此，在偶电层内，非静电力（化学力）克服电场力做功，使被移送的正电荷电势能增加，沿电流方向电势“跃升”，把化学能转化为电能而形成电源的电动势。在电源内部的dc区域，存在内电阻，电场力做正功，被移送的正电荷电势能减少，沿电流方向电势降低，从而把电能转化为内能（焦耳热）。与此类同，在电源外部的外电路中，电流通过外电阻时，电场力也做正功，被移送的正电荷电势能减少，沿电流方向电势降低，把电能转化为其他形式的能。可见，在电流通过内、外电阻时，电场力都做正功，电势均降落，减少的电能转化为其他形式的能。

在闭合电路中，沿电流方向电势的变化如图3所示。由图3可知，被移送的正电荷在电源正、负极附近偶电层的电势“跃升”恰等于其在内、外电阻上的电势降落，表达为Uad+Ucb=Uab+Ucd，即电源的电动势在数值上等于内外电路电势降落之和，表达为E=U外+U内；当外电路短路时，U外=Uab=0，E=U内=Ucd，沿电流方向电势的变化如图4所示；当外电路断路时，电势的变化如图5所示，U内=Ucd=0，U外=Uab=Uad+Ucb=E，这就是通常利用电压表粗测电源电动势的原理。电源（E、r）供电时，内外电路电势的升降也可以用图6描述，且内外电压随外电阻R变化的半定量关系图象，如图7所示。

从能量转化的角度看，电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。物理学中用电动势来描述电源的这种特性，定义为E=，即电源的电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。而在闭合电路的内、外电阻上，电场力做正功，电势降低，分别形成路端电压和内电压，并把减少的电势能转化为其他形式的能，因此，电压定义为U=。由能量转化与守恒定律可知，在闭合电路中，W非=W电=W电外+W电内，结合电动势和电压的定义式可得，qE=qU外+qU内，即E=U外+U内。

闭合电路的内、外电压与电动势的关系也可以利用在图8所示的装置（高级中学物理课本第二册第50页图2-20，人民教育出版社，1990年10月第1版）实验探究。在图8中，C为化学电池，A、B是插在电池两个电极内侧的探针，电压表V和V′分别测量路端电压U外和内电压U内，滑动变阻器作为外电路。先断开外电路，用电压表V测出电源的电动势E，然后接通外电路，调节滑动变阻器，分别同步记录电压表V和V′的示数U外和U内。分析实验数据发现，在误差允许的范围内，内、外电压之和恒等于电源的电动势，即E=U外+U内。

可见，在闭合电路中，利用电路中电势变化的示意图、电路中的能量关系和实验探究都可以得到：电源内部电势升高的数值等于内、外电路中电势降落的数值。虽然电源的电动势在数值上等于内、外电压之和，但是，电动势是描述电源内部非静电力做功，沿电流方向电势跃升，把其他形式的能转化为电能的物理量，是电源本身的属性，由电源的性质和内部结构决定，而与外电路无关。电动势是在电源的正、负极附近产生的，可用两台抽水机来比喻；而电压则是反映内、外电路中电场力做功，沿电流方向电势降落，把电能转化为其他形式的能的物理量，与电源和电路中的用电器有关。

综上所述，虽然图2结构稍微复杂，但可以清晰地呈现电场力做功和非静电力做功的不同过程，使内电压意义具体，便于对闭合电路中电势跃升和电势降落做具体分析，并与常见的电池模型相吻合。因此，建议再版时把图1修改为图2。

参考文献

【摘要】电源电动势教学是中专物理教学中的一个重点也是难点，在教学中学生对于电源和电动势的概念理解会存在一定的困难。教师在开展教学活动时便要分析学生理解困难的原因，并且以此为出发点寻求教学推进的有效途径。本文从电源电动势的概念入手，在分析两者区别的基础上来探索有效推进教学的方式。

【关键词】中专物理 电源电动势 教学方法论

【中图分类号】G 632 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）1-0214-02

一、中专物理中电源电动势的相关定义

中专物理教学中，电源电动势是直流电路单元的一个重点概念，也是本单元的难点。在教学中，教师应该根据学生的具体情况，结合其初中时已经学过的物理电学知识，从概念入手来开展电源电动势教学。

物理学中所讲的电源是指通过非静电力做功把其他形式能转化为电能的装置，而电源电动势则是用来衡量该种能量转化过程中非静电力做功本领的物理量。电源电动势的概念为，电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。在教学中，要使学生掌握这一概念，首先要让学生对"静电力"和"非静电力"及其所做的功清楚认识且理解，在此基础上保证其更好的理解电源电动势。我们知道，能够推动电荷移动的力主要有三种，即静电力、化学力和电磁力，后面两种力也就是我们所说的非静电力。非静电力中的化学力主要以蓄电池类的电源为代表，而电磁力则可能是一些以外力影响磁场而产生的力，这些都会推动电源中的电荷移动。

初中物理中已经讲述过磁场的相关概念及磁场对通电导线作用力等问题。在磁场中，以一种外力的施加来使电路中的单根导线切割磁场中的磁感线，导线内会产生相应的感应电势。根据右手定则来判断电荷在导线内的运动方向，又根据电源内部电流方向是由负极到正极的规律来确定电势高的一端为电源的正极而电势低的一端则为负极。

二、注重电源电动势教学中相关概念的区别