浅谈中专物理电源电动势教学

【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

电动势与电压是最容易混淆的两个概念，因此在教学中严格区分这两个物理量是非常重要的。前者是非静电力对电荷做功，是其它形式能转化为电能的本领，后者是电场力对正电荷做功，把电能转化为其它形式能。把这一点分析清楚了，对于电源的端电压，内电压与电源电动势的区别也就不容易混淆了。

在欧姆定律这一节教学中可进一步加深对上述内容的了解，电路的端电压是指电源加在外电路两端的电压。电源电动势对于一个固定的电源来说是不变的。而电源的端电压却是随着外电路负载而变化的。它的变化规律服从全电路欧姆定律：

U=E－Ir。

上式中 Ir.为电源内电压，也叫内压降。它的物理过程是也发生在电源内部,但与电动势的意义却不同。它是由电场力所引起的。在电源内部起着消耗非静电力所做的功的作用。对于一个固定电源来说，内阻r 是不变的。但通过电源的电流是随外电路负载而变化的。因此内电压也是随外电路负载而变化的。

这里需要指出的是为什么伏特计接在电源两端测的是电源的端电压而不是内电压？这里只要把伏特计理解为外电路就可以解决了。他相当于和外电路并联的电路，所以其电压只能理解为电路两端的电压。

还要注意一个不正确的结论：“电动势一定大于电源的端电压。”这里是忽略了电源被充电的状况。当电源被充电时，这个被充电的电源在电路中相当于一个负载。这个电源的电动势在电路中是反电动势。这时电源两端的电压可大于电源的电动势，表达式为：

U=E+Ir。

电源被充电时，电源内部电流是从电源的正极流向负极的,因此电源内部电流总是从负极流向正极，这种说法也不对。总之，教学上要教好电动势就是要让学生搞清电源内部发生的物理过程，理解各物理量的含义，严防死记和死套公式。

3.分清“电动势”概念的三种定义方式

关于电动势概念的定义分为三种处理方法：非静电力作功、能量转化角度和操作定义。

3.1非静电力作功

这种定义方式是通过非静电力做功，由 E=W/q定义电动势。例如：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作的功。 如果移送电荷 q非静电力所做的功为 W，那电动势表示为：E=W/q。

从非静从非静电力作功来定义电动势，是目前最具科学性的一种定义方式。因为在讨论电学问题时，人们往往从两个方面去研究：一是从能量转换方面去研究，另外是研究物质间的相互作用“力”，而力与能由作功联系起来。 在不同电源中，非静电力的物理本质不同。 例如在电池中，非静电力起源于物体的化学作用，在电磁感应中起源于磁场对运动电荷的作用。 显然，电动势的物理性质随着非静电力性质的不同而有所区别，但非静电力是在效果上与力相当的“等值力”，尽管非静电力本身没有详细说明电源中具体运动形式，但是作为各种电源的一个共同点，抽象为一个统一的概念，来表明电源中通过非静电力移送电荷做功，从而把其它形式能量转换为电能。

从电学教学的角度来看，非静电力尽管是一虚构的概念，它不能真正的解释电源电动势产生的原因，但学生还是容易接受的。 虽然这种讲法有些抽象，但不能否认，电动势中“非静电力”概念的引入，让学生对静电场和非静电场的知识有了一个新的认识，对于学生理解电动势是非常有帮助的。

3.2能量转化角度

这种定义方式是从能量转化的角度来定义电动势。 例如：在电路中通过单位电荷时电源所提供的电能， 在数值上等于电源的电动势。电动势通常用E来表示。 设电路中通过的电荷量为q，电源提供的电能为W，则有E=W/q能量转化的定义方式虽然体现了电源电动势的物理意义，但没有揭示电动势的实质。 但是通过这种定义方式的引入，不仅可以让学生对电动势有一个新的认识，加深印象，而且可以培养学生从另一个角度来思考问题的能力。

3.3操作定义

操作定义是采用对电动势的概念下操作定义方法。不提非静电力的功，也不给出E=W/q，而是以“电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压”来定义电动势的。例如：电源的电动势在数值上等于电源没有接入外电路时两极间的电压。操做定义的方法是从路端电压来讨论电动势，这种定义方法虽是表象的，也没有很好揭示电动势的本质，但它把外电路断开时两极间的电压跟电动势联系起来， 从一个侧面反映出电动势在产生电压、维持电流方面的特性。 特别是它能用伏特表直接测量出电动势的数值，因而比较具体直观，可操作性强，有利于学生理解和接受。

总之，无论采用哪种处理方式，教学中都应注意强调，实际上电动势与电路、电源没有关系，它仅仅是一种做功的能力，只有这样，学生才能正确理解“电动势”这一概念。 有句名言说：“概念是思维的细胞”，在职业院校的《电工学》教学中，也要在分析概念上多下功夫，为这一门课程的学习做好铺垫，为培养新时期的知识型技术人才奠定基础。

【参考文献】

［１］李京炎.电动势一节的教学设计.山西教育，2004（4）．