第10.5节 闭合电路欧姆定律、电源电动势及内阻（1）-2025-2026学年高二物理同步导学案（沪科版2020必修第三册）

第十章 电路及其应用 10.5 电源电动势及内阻（1） 课程标准 1. 了解电源电动势和内阻的概念。 2. 会从能量转化角度理解电动势和电压的区别。 物理素养 物理观念：建立电源电动势是非静电力做功本领的物理概念。 科学思维：利用电源电动势计算非静电力做功。 科学探究：探究电池在使用过程中内阻的变化。 科学态度与责任：引导学生应用所学物理知识，分析应用问题的应用意识。 一、电源电动势和内阻 【类比思维】 (1)如图甲所示，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，A、B之间的高度差很快消失。在这个过程中，水管中只有一个短暂水流。 怎样才能保持A、B之间稳定的高度差，在A、B之间形成持续的水流呢？ (2)如图乙所示，电源在电路中的作用相当于抽水机的作用，它能不断地将流到负极的正电荷搬运到正极，从而保持正、负极间有稳定的电势差，维持电路中有持续的电流。 电源是通过什么力做功实现这个功能的？ 　　　　　　　　　 甲　　　　　　　　　 　　乙 1．电源 (1)定义：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。 (2)能量转化： 在电源内部，非静电力克服静电力做正功，其他形式的能转化为电势能，电势能增加。 在电源外部，静电力做正功，电势能减少，转化为其他形式的能。（内部也有静电力同时做功） (3)化学电池：化学能→电能；水力发电：机械能→电能；太阳能电池：太阳能→电能 2．电动势 (1)定义：非静电力把单位电量的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。 (2)公式：E＝ 比值定义法! (3)物理意义：反映电源非静电力做功的本领的大小。 (4)单位：伏特(V)。 与电压、电势单位相同，但含义不同。 电压、电势：反映静电力做功，包含电能转化为其他形式能的含义 电动势：反映非静电力做功，包含其他形式能转化为电能的含义 (5)标量，且只有正值。 (6)决定因素：由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路是否连接也无关。 3．电源内部非静电力 (1)作用：把正电荷从负极搬运到正极（或把负电荷搬运到负极），非静电力对电荷做正功，使电荷的电势能增加。 (2)能量转化：非静电力做功，是将其他形式的能转化为电势能的过程。 ①在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能。 ②在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能。 【思考判断】 (1)在电源内部，正电荷向正极移动过程中，静电力做负功，电荷电势能增加。（ ） (2)电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比。（ ） (3)E＝只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源中非静电力的特性决定。（ ） (4)容量越大的电池，储存的化学能越多。（ ） 例1. 如图所示的干电池、手机电池，它们有的标有“1.5 V”字样，有的标有“3.7 V”字样。 如果把1 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，电荷的电势能增加了多少？非静电力做了多少功？如果把1 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢？哪个电池做功的本领大？ 例2. 一台发电机用0.5 A的电流向外输电，在1 min内将180 J的机械能转化为电能，则发电机的电动势为（ ） A.6 V B.360 V C.120 V D.12 V 二、电源的内阻、容量 1．内阻：电源内部导体的电阻，通常用r表示。 (1)水果电池内阻很大，几乎不能提供持续电流。 (2)干电池使用久了，内阻变大 2．电池容量：电池放电时能输出的总电荷量，其单位是：A·h或mA·h。 (1)通过额定电流可计算放电时间 t=q/I (2)通过额定电压可计算电池静电力做功W=qU 例3. 对如图所示的一块手机电板的下列描述错误的是（ ） A. 电板的容量为3800mAh B. 电板的输出电压为3.7V C. 电板的充电电压不得大于4.2V D. 电板的额定功率为14.06Wh 题型01 电源电动势和非静电力做功 【电动势和电压的区别和联系】： (1)电动势与电压有本质的区别，不能认为电动势就是电压，电动势E＝，电压U＝。 (2)电源电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压。 例4. 如图，关于闭合电路，下列说法正确的是（　　） A. 电荷在电源外部受静电力作用而运动，在电源内部受非静电力作用而运动 B. 图中a薄层和b薄层两区域是静电力做功的区域 C. 电压和电动势这两个概念包含的能量转化方向相同 D. 静电力和非静电力都使电荷做定向运动，对循环回路来说两者使电荷沿电路运动的方向相同 题型02 识别电池铭牌 【归纳总结】 (1)一般会标明电动势是多少V，也可以近似认为该电池能提供给用电器的电压。 (2)mA·h是电量单位，表示电池储藏电荷总量。 (3)额定电压、额定电流、额定功率指正常工作时的电压、电流、功率。 (4)待机时间是指待机状态下电池供电时间。 (5)用单位判断物理量是什么。 例5. 图示是一块手机电池外壳上的文字说明。由此可知，此电池的电动势和待机状态下的平均工作电流分别是（ ） A. 4.2V，14.6mA B. 4.2V，700mA C. 3.7V，14.6mA D. 3.7V，700mA 1． 关于电动势，下列说法中正确的是（ ） A. 电动势越大，非静电力做功越多 B. 电动势越大，非静电力做功越快 C. 电动势越大，非静电力做功本领越大 D. 电动势在数值上等于把单位正电荷在电源内部从负极移到正极过程中，静电力所做的功 2．（多选）以下关于电源的说法中正确的是（ ） A.电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流 B.在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力 C.静电力与非静电力都可以使电荷移动，所以本质上都是使电荷的电势能减小 D.静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加 3． 电子在闭合电路中定向移动，下列说法正确的是（ ） A. 在外电路从电源正极向负极移动 B. 在外电路只受静电力作用 C. 在内电路从电源负极向正极移动 D. 在内电路只受非静电力作用 4． 铅蓄电池的电动势为2V，电池正常工作时，在电池内部（　　） A. 非静电力将自由电子从电源正极移动到负极，每移动一个电子，非静电力做功2J B. 非静电力将自由电子从电源正极移动到负极，每移动一个电子，非静电力做功 C. 非静电力将自由电子从电源正极移动到负极，每移动一个电子，非静电力做功2eV D. 非静电力将自由电子从电源负极移动到正极，每移动一个电子，非静电力做功 5．（多选）如图所示，为一块手机电池背面印有的一些符号，下列说法正确的是（ ） A.该电池的容量为500 mA·h B.该电池的电动势为3.6 V C.该电池在工作1小时后达到的电流为500 mA D.若电池充满电后以10 mA的电流工作，可用50小时 A. 电池正处于充电状态 B. 电池内部电流方向从负极到正极 C. 移动一个锂离子，需要消耗电能3.7J D. 电池容量的单位可表示为kWh 7． 国产手机采用VOOC闪充新技术，该技术采用低压大电流的方案，相对其他方案温度较低，充电功率更高，电能转化率达到95%，最快充电速度比一般手机充电技术快4倍以上。如图是普通单线充电数据线和双线快充数据线示意图。与普通充电数据线相比，闪充增加数据线的作用是（ ） A. 增大充电电压 B. 增大电池的容量 C. 增大充电电流 D. 增大充电电阻 8． 小明同学家里购买了一款扫地机器人，如图所示，小明同学仔细检查了这款扫地机器人，发现铭牌上标有如下表所示数据，则该扫地机器人（ ） A. 额定工作电流为1.6A B. 电池充满电后储存的总电荷量为8000C C. 若当剩余电量减少为电池容量的20%时，机器人会主动寻找充电器充电，则充满电后正常工作的时间为1.5h D. 以额定电流工作时每分钟消耗电能为864J 9． 闭合电路中电源的电动势为12V，外电压为10V，当有0.2C电量通过电路时，该电路中的能量转化情况是：非静电力把_________J的其他形式能量转化为电能，电源内阻消耗了_________J的电能。 10．将电动势为3 V的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为2.4 V，当电路中有6 C的电荷流过时，求： (1)有多少其他形式的能转化为电能； (2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能； (3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能。 11．国家大力推广节能环保汽车，电动汽车是许多家庭的首选。已知电动汽车的电源是由30组蓄电池串联组成的，当正常行驶时，电路中的电流为5 A，在10 min内电源做功1.8×105 J，则这30组蓄电池的总电动势是多少？每组蓄电池的电动势为多少？ 12. 如图所示的是某公司一块手机电池外壳上的文字说明． （1）该电池的电动势是多少？ （2）该手机待机状态下的平均工作电流是多少？ （3）每次完全放电过程中，该电池将多少其他形式的能转化为电能？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十章 电路及其应用 10.5 电源电动势及内阻（1） 课程标准 1. 了解电源电动势和内阻的概念。 2. 会从能量转化角度理解电动势和电压的区别。 物理素养 物理观念：建立电源电动势是非静电力做功本领的物理概念。 科学思维：利用电源电动势计算非静电力做功。 科学探究：探究电池在使用过程中内阻的变化。 科学态度与责任：引导学生应用所学物理知识，分析应用问题的应用意识。 一、电源电动势和内阻 【类比思维】 (1)如图甲所示，水池A、B的水面有一定的高度差，若在A、B之间用一细管连起来，则水在重力的作用下定向运动，A、B之间的高度差很快消失。在这个过程中，水管中只有一个短暂水流。 怎样才能保持A、B之间稳定的高度差，在A、B之间形成持续的水流呢？ (2)如图乙所示，电源在电路中的作用相当于抽水机的作用，它能不断地将流到负极的正电荷搬运到正极，从而保持正、负极间有稳定的电势差，维持电路中有持续的电流。 电源是通过什么力做功实现这个功能的？ 　　　　　　　　　 甲　　　　　　　　　 　　乙 1．电源 (1)定义：通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。 (2)能量转化： 在电源内部，非静电力克服静电力做正功，其他形式的能转化为电势能，电势能增加。 在电源外部，静电力做正功，电势能减少，转化为其他形式的能。（内部也有静电力同时做功） (3)化学电池：化学能→电能；水力发电：机械能→电能；太阳能电池：太阳能→电能 2．电动势 (1)定义：非静电力把单位电量的正电荷在电源内部从负极移送到正极所做的功。 (2)公式：E＝ 比值定义法! (3)物理意义：反映电源非静电力做功的本领的大小。 (4)单位：伏特(V)。 与电压、电势单位相同，但含义不同。 电压、电势：反映静电力做功，包含电能转化为其他形式能的含义 电动势：反映非静电力做功，包含其他形式能转化为电能的含义 (5)标量，且只有正值。 (6)决定因素：由电源中非静电力的特性决定，跟电源的体积无关，跟外电路是否连接也无关。 3．电源内部非静电力 (1)作用：把正电荷从负极搬运到正极（或把负电荷搬运到负极），非静电力对电荷做正功，使电荷的电势能增加。 (2)能量转化：非静电力做功，是将其他形式的能转化为电势能的过程。 ①在化学电池(干电池、蓄电池)中，非静电力是化学作用，它使化学能转化为电势能。 ②在发电机中，非静电力是电磁作用，它使机械能转化为电势能。 【思考判断】 (1)在电源内部，正电荷向正极移动过程中，静电力做负功，电荷电势能增加。（ ） (2)电源的电动势跟电源内非静电力做的功成正比，跟通过的电荷量成反比。（ ） (3)E＝只是电动势的定义式而非决定式，电动势的大小由电源中非静电力的特性决定。（ ） (4)容量越大的电池，储存的化学能越多。（ ） 【答案】(1) √ (2) × (3) √ (4) × 例1. 如图所示的干电池、手机电池，它们有的标有“1.5 V”字样，有的标有“3.7 V”字样。 如果把1 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，电荷的电势能增加了多少？非静电力做了多少功？如果把1 C的正电荷从3.7 V的手机电池的负极移到正极呢？哪个电池做功的本领大？ 【答案】 把1 C的正电荷从1.5 V干电池的负极移到正极，电势能增加了1.5 J，非静电力做功1.5 J； 从3.7 V手机电池的负极移到正极，电势能增加了3.7 J，非静电力做功3.7 J。 3．7 V手机电池做功本领大。 例2. 一台发电机用0.5 A的电流向外输电，在1 min内将180 J的机械能转化为电能，则发电机的电动势为（ ） A.6 V B.360 V C.120 V D.12 V 【答案】 A 【解析】 1 min内流出的电荷量为q，由q＝It得q＝0.5×60 C＝30 C， E＝ 所以：E＝ V＝6 V 二、电源的内阻、容量 1．内阻：电源内部导体的电阻，通常用r表示。 (1)水果电池内阻很大，几乎不能提供持续电流。 (2)干电池使用久了，内阻变大 2．电池容量：电池放电时能输出的总电荷量，其单位是：A·h或mA·h。 (1)通过额定电流可计算放电时间 t=q/I (2)通过额定电压可计算电池静电力做功W=qU 例3. 对如图所示的一块手机电板的下列描述错误的是（ ） A. 电板的容量为3800mAh B. 电板的输出电压为3.7V C. 电板的充电电压不得大于4.2V D. 电板的额定功率为14.06Wh 【答案】 D 【详解】 14.06Wh是电板正常工作时释放的的总能量，单位不是功率单位，故D错误。 题型01 电源电动势和非静电力做功 【电动势和电压的区别和联系】： (1)电动势与电压有本质的区别，不能认为电动势就是电压，电动势E＝，电压U＝。 (2)电源电动势在数值上等于电源没有接入电路时，电源两极间的电压。 例4. 如图，关于闭合电路，下列说法正确的是（　　） A. 电荷在电源外部受静电力作用而运动，在电源内部受非静电力作用而运动 B. 图中a薄层和b薄层两区域是静电力做功的区域 C. 电压和电动势这两个概念包含的能量转化方向相同 D. 静电力和非静电力都使电荷做定向运动，对循环回路来说两者使电荷沿电路运动的方向相同 【答案】 D 【详解】AB．电源在其内部的a、b两个区域依靠非静电力做功，将化学能转化为电能；在中间区域仍然是静电力做功；在外部只受静电力对电荷做正功，在内部受静电力和非静电力同时作用，故AB错误。 C．电动势表征电源将其他形式的能转化为电能的能力，而电压表征电能转化为其他形式的能的能力，故C错误； D. 在闭合电路中，在电源的外电路中，静电力使正电荷从电源正极移到负极，使电荷发生定向移动；在电源内部，非静电力将电荷从电源负极搬到正极，使电荷发生定向移动，从而移动闭合电流，可见静电力和非静电力都使电荷做定向运动，对循环回路来说两者使电荷沿电路运动的方向相同，故D正确。 题型02 识别电池铭牌 【归纳总结】 (1)一般会标明电动势是多少V，也可以近似认为该电池能提供给用电器的电压。 (2)mA·h是电量单位，表示电池储藏电荷总量。 (3)额定电压、额定电流、额定功率指正常工作时的电压、电流、功率。 (4)待机时间是指待机状态下电池供电时间。 (5)用单位判断物理量是什么。 例5. 图示是一块手机电池外壳上的文字说明。由此可知，此电池的电动势和待机状态下的平均工作电流分别是（ ） A. 4.2V，14.6mA B. 4.2V，700mA C. 3.7V，14.6mA D. 3.7V，700mA 【答案】 C 【详解】 由手机电池外壳上的文字说明可知，电池的电动势是3.7V，待机时间为48h，电池容量为700mA∙h，则有待机状态下的平均工作电流是I=q/t=700/48mA≈14.6mA 故选C。 1． 关于电动势，下列说法中正确的是（ ） A. 电动势越大，非静电力做功越多 B. 电动势越大，非静电力做功越快 C. 电动势越大，非静电力做功本领越大 D. 电动势在数值上等于把单位正电荷在电源内部从负极移到正极过程中，静电力所做的功 【答案】 C 【解析】 ABC、根据电动势的定义式为E=W/q知，电源的电动势E取决于电源本身，与非静电力做功多少和快慢无关，电动势的大小是非静电力做功能力的反映，电动势越大，非静电力做功本领越大，故AB错误，C正确； D、根据E=W/q知，电动势在数值上等于把单位正电。荷在电源内部从负极移到正极过程中，非静电力所做的功，故D错误。 2．（多选）以下关于电源的说法中正确的是（ ） A.电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流 B.在电源内部正电荷能从负极到正极是因为电源内部只存在非静电力而不存在静电力 C.静电力与非静电力都可以使电荷移动，所以本质上都是使电荷的电势能减小 D.静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加 【答案】 AD 【解析】 电源的作用是维持导体两端的电压，使电路中有持续的电流，故A正确； 在电源内部既存在非静电力，又存在静电力，故B错误； 静电力与非静电力都可以使电荷移动，静电力移动电荷做功电荷电势能减少，非静电力移动电荷做功电荷电势能增加，故C错误，D正确。 3． 电子在闭合电路中定向移动，下列说法正确的是（ ） A. 在外电路从电源正极向负极移动 B. 在外电路只受静电力作用 C. 在内电路从电源负极向正极移动 D. 在内电路只受非静电力作用 【答案】B 【详解】A．在外电路中，电子从电源负极向正极移动，选项A错误； B．电子在外电路中，只受静电力作用，故B正确； C．在内电路中电子从电源正极向负极移动，故C错误； D．在内电路同时受非静电力作用和静电力作用，故D错误。 故选B。 4． 铅蓄电池的电动势为2V，电池正常工作时，在电池内部（　　） A. 非静电力将自由电子从电源正极移动到负极，每移动一个电子，非静电力做功2J B. 非静电力将自由电子从电源正极移动到负极，每移动一个电子，非静电力做功 C. 非静电力将自由电子从电源正极移动到负极，每移动一个电子，非静电力做功2eV D. 非静电力将自由电子从电源负极移动到正极，每移动一个电子，非静电力做功 【答案】C 【解析】铅蓄电池的电动势为2V，根据公式 ，可得非静电力将自由电子从电源正极移动到负极，每移动一个电子所需要做的功 故选C。 5．（多选）如图所示，为一块手机电池背面印有的一些符号，下列说法正确的是（ ） A.该电池的容量为500 mA·h B.该电池的电动势为3.6 V C.该电池在工作1小时后达到的电流为500 mA D.若电池充满电后以10 mA的电流工作，可用50小时 【答案】 ABD 【解析】 电池上的3.6 V表示电动势，500 mA·h表示电池容量，可以由电池容量计算在一定放电电流下使用的时间，由500 mA·h＝t×10 mA，得t＝50 h，所以A、B、D选项正确。 A. 电池正处于充电状态 B. 电池内部电流方向从负极到正极 C. 移动一个锂离子，需要消耗电能3.7J D. 电池容量的单位可表示为kWh 【答案】 B 【详解】A．在电池内部从负极通过隔膜返回正极，所以在电池外部是从正极流向负极的，电池正处于放电过程，故A错误； B．根据电池内部电流的特点可知，在电池内部电流是由负极流向正极的，故B正确； C．电场力做功W=qU得，把一个锂离子从负极移动到正极需要消耗的电能应该是3.7eV，故C错误； D．电池容量的单位是C 或A．h，而 是电功的单位，是一种能量单位，故D错误。 7． 国产手机采用VOOC闪充新技术，该技术采用低压大电流的方案，相对其他方案温度较低，充电功率更高，电能转化率达到95%，最快充电速度比一般手机充电技术快4倍以上。如图是普通单线充电数据线和双线快充数据线示意图。与普通充电数据线相比，闪充增加数据线的作用是（ ） A. 增大充电电压 B. 增大电池的容量 C. 增大充电电流 D. 增大充电电阻 【答案】C 【解析】电池容量即电量一定，I越大，t越小。 8． 小明同学家里购买了一款扫地机器人，如图所示，小明同学仔细检查了这款扫地机器人，发现铭牌上标有如下表所示数据，则该扫地机器人（ ） A. 额定工作电流为1.6A B. 电池充满电后储存的总电荷量为8000C C. 若当剩余电量减少为电池容量的20%时，机器人会主动寻找充电器充电，则充满电后正常工作的时间为1.5h D. 以额定电流工作时每分钟消耗电能为864J 【答案】 D 【详解】 A由铭牌知，扫地机器人工作的额定电压为8V，额定功率为14.4W， 则额定电流 故A错误 B．根据电池容量2250mA·h知，电量 故B错误； C．充满电后正常工作的时间为 故C错误。 D．以额定电流工作时每分钟消耗电能为 D正确。 9． 闭合电路中电源的电动势为12V，外电压为10V，当有0.2C电量通过电路时，该电路中的能量转化情况是：非静电力把_________J的其他形式能量转化为电能，电源内阻消耗了_________J的电能。 【答案】  2.4     0.4 【详解】[1]在电源内部，根据公式 ，非静电力将2.4J的其它形式能转化为电能。 [2]静电力做功 故静电力把2J的电能转化为其他形式的能量，则电源消耗的电能 10．将电动势为3 V的电源接入电路中，测得电源两极间的电压为2.4 V，当电路中有6 C的电荷流过时，求： (1)有多少其他形式的能转化为电能； (2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能； (3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能。 【答案】　(1)18 J　(2)14.4 J　(3)3.6 J 【解析】　(1)W非＝Eq＝3×6 J＝18 J，电源中共有18 J其他形式的能转化为电能。 (2)W1＝U1q＝2.4×6 J＝14.4 J，外电路中共有14.4 J的电能转化为其他形式的能。 (3)W2＝W－W1＝3.6 J，内电路中有3.6 J电能转化为其他形式的能。 11．国家大力推广节能环保汽车，电动汽车是许多家庭的首选。已知电动汽车的电源是由30组蓄电池串联组成的，当正常行驶时，电路中的电流为5 A，在10 min内电源做功1.8×105 J，则这30组蓄电池的总电动势是多少？每组蓄电池的电动势为多少？ 【答案】 60 V　2 V 【解析】 电源移送电荷量为q＝It＝5×10×60 C＝3 000 C， 这30组蓄电池的总电动势为E＝＝ V＝60 V 每组蓄电池的电动势为E1＝＝ V＝2 V。 12. 如图所示的是某公司一块手机电池外壳上的文字说明． （1）该电池的电动势是多少？ （2）该手机待机状态下的平均工作电流是多少？ （3）每次完全放电过程中，该电池将多少其他形式的能转化为电能？ 【答案】 (1) 3.7V (2)14.6mA (3) 9324J 【详解】 (1) 由图可知，该电池的电动势为3.7V． (2) 由图可知，该电池的容量为700mA•h，待机的时间为48h，所以手机待机状态下的平均工作电流： (3) 根据电功的公式可知，每次完全放电过程中，该电池转化的电能为： W=EIt=Eq=3.7×700×10-3×3600=9324J 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$