在教學中應準確理解電動勢的概念

摘要： 在物理教學中，物理概念有著十分重要的作用，它包含著重要的物理思想和方法，蘊含著物理規律。學生只有真正掌握了物理概念的實質，才能正確理解并靈活運用，提高運用物理規律解決實際問題的能力。電動勢是物理學中的一個重要概念，在教學中應使學生深刻理解電動勢的物理含義并弄清其與電勢差及路端電壓概念的關系。

關鍵詞： 電動勢 靜電力 非靜力 路端電壓 電勢差

電動勢是中專物理在初中物理知識的基礎上高一個層次的教學內容，也是含源電路(全電路)的重要組成部分。電動勢是一個重要概念，由于它抽象，涉及的知識面較廣泛，情況又比較復雜，學生不易理解，是教學的難點。在教學過程中，一些學生認為電源的作用和電壓的作用完全一樣，特別是對電動勢和電勢差的關系和根本區別混淆不清。為了使學生正確地掌握電動勢的概念，本文通過非靜電力做功，然后引出電動勢的定義，并且把電動勢的概念和路端電壓及電勢差的概念加以區別，講清它與相關知識的聯系，對認識電動勢的意義和本質將會取得好的效果。

1 電源電動勢的物理意義及定義

如圖1所示：全電路由內電路和外電路組成，虛線內是電源，R是用電器，ARB在電源的外部，稱之為外電路，電源內部的電路稱之為內電路。內電路和外電路的交接處就是電源的極，其中電勢較高的極叫電源的正極，電勢較低的極叫電源的負極。

當電路被接通后，外電路中形成電場，在靜電力作用下，正電荷從電勢較高的正極向電勢較低的負極移動，到達負極后與負極上的負電荷中和，因此，正、負極上的正電荷、負電荷同時減少。如果不及時地把正電荷從電勢較低的負極轉移、補充到電勢較高的正極上，電路兩端的電壓將逐漸變為零，電路中的電流將停止，這是靜電力不能實現的。只有在非靜電力的作用下才能將正電荷從低電勢的負極移至高電勢的正極，電源的作用就是能夠提供某種與靜電力本質上不同的非靜電力，這種非靜電力能夠把電源內部的正電荷從電勢較低的負極經內電路搬運到電勢較高的正極上，以維持正負極間一定的電壓。在電源內部，非靜電力把正電荷從電源的負極移到電源的正極這個做功過程就是電源電動勢的本質。

在上述過程中，非靜電力做功，正電荷的電勢能增加，增加的能量是從其他形式的能量轉化而來，電源就是把其他形式的能量轉化為電能的裝置。如伏打電池是把化學能轉化為電能的一種裝置，發電機是把機械能轉化為電能的一種裝置。在電源內部非靜電力做功的過程就是能量轉化的過程，非靜電力做的功反映了有多少其它形式的能轉化為電能，即非靜電力把正電荷從負極移到正極所做的功與該電荷電量的比值就定義為電源的電動勢。其公式為：E=W_非/q。

2 對電動勢概念的理解

電源是把其他形式的能轉變為電能的裝置，它的作用是通過非靜電力（即電場力以外的化學力、電磁力等）做功，把正電荷從電源負極移送到正極，或者把負電荷從電源正極移送到負極，在電源兩極維持一定的電勢差。對同一個電源來說，電動勢值為一恒量，并不因電路中有無電流、流過的電荷多少、電流強弱的不同而不同。對不同的電源來說，電動勢的值不同。它反映了不同的電源把其它形式的能轉化為電能的本領是不同的。由此可知，電源電動勢的大小是由電源的性質和結構所決定的，而跟外電路的組成以及是否接入外電路無關。

2.1 電動勢和路端電壓的關系

路端電壓是指電源兩極的電壓或者說電源加在外電路兩端的電壓，反映的是靜電力把單位正電荷從電源正極經外電路移到電源的負極所做的功。對于給定的電源來說電動勢是不變的，而路端電壓卻隨電路的電阻的變化而變化，外電路兩端的電壓用U_外表示。如圖2所示：(虛線框內為電源，為電源內阻)它是隨著外電路負載的變化而變化的，其變化規律服從全電路歐姆定律。即U_外=E-Ir，Ir項是電源的內電壓U_內，也叫內壓降，它的物理過程雖然也發生在電源內部，但與電動勢的意義不同，它是由靜電力所引起的，在電源內部起著消耗非靜電力所做功的作用。對給定的電源來說，它的內阻r是不變的，但通過電源的電流是要隨外電路而變化的，因此，內電壓也是一個隨外電路而變化的量。若令U_內=Ir，則E=U_外+U_內。可見，電源電動勢在數值上等于內、外電路上的電壓之和。

當負載電阻R為無窮大，相當外電路斷開時，I=0，由U_外=E-Ir得U_外=E。

這表明：在外電路斷開時，電源電動勢雖然在數值上等于路端電壓，但這并不意味著電動勢就是電壓。

電壓的實際方向規定為從高電位點指向低電位點，即由正極指向負極，在電壓方向上電位逐點降低。電動勢的實際方向規定為從低電位點指向高電位點，即由電源負極指向正極，在電動勢方向上電位逐點升高。

2.2電動勢和電勢差的區別

電動勢與電勢差是學生最容易混淆的兩個概念，正確區別二者是非常重要的。兩者的相同點：（1）電動勢和電勢差都是標量；（2）單位都是伏特；（3）在沒有接通電路的情況下，電源的電動勢和電源兩極間的電勢差在數值上是相等的。兩者的不同點是：（1）定義不同：電動勢的定義式E=W_非/q，電勢差的定義式U=W/q。（2）所表示的物理意義不同：電動勢是指非靜電力把單位正電荷從電源負極經電源內部移至正極時所做的功，電勢差表示在電場中靜電力把單位正電荷從電場中的某一點A移到另一點B所做的功。（3）能量轉化過程不同：電動勢是表示非靜電力做功特性的物理量，非靜電力做功時把其他形式的能轉化為電能；電勢差是表示靜電力（電場力）做功特性的物理量，靜電力（電場力）做功時電能轉化為其他形式的能。

參考文獻：

［1］邵長泰，張明明.物理(下冊).高等教育出版社，2005，6.

［2］人民教育出版社物理室.物理［M］.北京：人們教育出版社，2003.