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| 《高中物理思维方法集解》参考系列——解读“电动势” |
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解读《电动势》
浙江省奉化市奉港中学杨永照
1分清内外电路
图1
如图1所示的电路，由内、外两部分组成，外电路指从电源正极经过导线用电器再回到电源负极的那部分电路，在外电路中正电荷是从电源正极向负极运动的，而内电路是指电源内部的那部分电路，正电荷在内电路中是从负极向正极运动。
2承认非静电力的存在
在外电路，正电荷由电源正极流向负极。其定向移动的根本原因在于有由电源正极指向负极的电场，即在静电力的作用下运动。在电源内部，同样存在着由正极指向负极的电场。在这个电场中，正电荷所受的静电力阻碍它继续向正极移动。因此在电源内要使正电荷向正极移动，就一定要有非静电力作用于电荷才行。这一点可以利用化学电源进行演示，实验中我们可以通过电表观察到“金属板插入酸溶液中，板与溶液之间出现电势差，而且电源的极性与电场力移动电荷的方向相反”这一事实。从而进一步从事实的角度认识到非静电力的存在。且进一步明确非静电力只存在于电源内部，而静电力在电源的内部和外部都存在。
3理解非静电力做功是电源产生电动势的本质
所谓非静电力，主要是指化学力和电磁力。在电池中，非静电力是化学作用，如上面所说的化学电池，它使化学能转化为电势能，从而实现向外电路供电的目的。在发电机中，非静电力的作用是电磁作用，它使机械能转化为电势能，进而具备向外供电的本领。
图2
在一定的电路中，要维持电路中电流恒定不变，必须设法维持电路两端有恒定的电势差，这就必须在电源内部由非静电力将正电荷送到正极上，非静电力把正电荷从负极板移到正极板时要对电荷做功（如图2虚线框内所示），这个做功的物理过程就是产生电源电动势的本质。非静电力所做的功，反映了其他形式的能量有多少变成了电能。因此在电源内部，非静电力做功的过程是能量相互转化的过程。电源就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。而电动势则是反映电源把其他形式的能转化成电能的本领。所以电动势可由此定义：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，称为电源的电动势。具体的说就是：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。如果移送电荷q时非静电力所做的功为W，那么电动势E表示为：
E＝W／q
由上式可知，电动势的物理意义为，在电源内部，非静电力把单位正电荷从负极移送到正极时所做的功。
4决定电源电动势的因素
电动势表征的是电源把其他形式的能转化为电能的本领。不同结构的电源使其他形式的能转化为电能的本领不同，其电动势也就不同，因此电源的电动势仅由电源本身的性质决定，如材料结构、工作方式等。例如干电池的电动势为1．5V，与干电池的形状及大小无关。也就是说电动势与电源的体积、电路特征等无关，每一个电源都有一个确定的电动势值。
5明确电动势与电势差的区别
电动势、电势差（电压）是最容易混淆的两个概念，因此严格区分这两个物理量是非常重要的。前面已经讲过，电动势是表示非静电力把单位正电荷从负极经电源内部移到正极所做的功。而电势差则表示：静电力把单位正电荷从电场中的某一点，经任意路径到另一点所做的功，它们是完全不同的两个概念。这一点弄清楚了，对于电源的端电压、内电压与电动势的区别也就不容易搞错了。
另外，还必须注意，对于给定的电源来说，不管外电阻是多少，电源的电动势总是不变的，而电源的路端电压则是随着外电阻的变化而变化的，它是表征外电路性质的物理量，因此电动势，电势差是两个截然不同的物理概念。
2006-07-10??原创作品 |
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