電源特性的探究

【教學內容】

高二《物理》（必修加選修）第二冊第十四章第六節。

【問題提出】

師：這節課，首先請同學們用電壓表測量不同型號的干電池、蓄電池的電壓，并說明測量結果。

生：不同型號的干電池的電壓都約為1.5v，蓄電池的電壓都約為2v。

師：我們的教材這樣講：“不接用電器時電源兩極間電壓的大小是由電源本身的性質決定的。為了表征電源的這種特性，物理學中引入電動勢的概念。電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。”我給同學們提出一個問題：電動勢到底表征電源的什么特性?同學們，你們自己有什么問題嗎?

生甲：為什么不同型號的干電池的電壓都約為1.5v?

生乙：為什么干電池電壓與蓄電池不同?

生丙：電源的電動勢為什么等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓?

……

師：很好!為了回答以上問題，必須弄清電源的特性。

【學生活動】

一、活動�。�拆卸廢舊干電池、蓄電池，初步弄清它們的構造

師：請大家動手，拆卸廢舊干電池、蓄電池，看它們內部有些什么，內部物質是否導電。請注意環境衛生。

生：動手拆卸廢舊干電池、蓄電池，測量內部物質是否導電。

師：我們早已知道，電源正極聚集著正電荷，負極聚集著負電荷。現在又知道，干電池、蓄電池的正、負兩極之間的物質是導體。同學們對此有什么疑問嗎?

生甲：正電荷為什么能夠聚集在正極，負電荷為什么聚集在負極?

生乙：聚集在負極的負電荷為什么不經導電物質移向正極?

二、活動ⅱ：提出設想，構建電源模型

師：這個問題提得相當好!為什么呢?同學們自己說說。

……

生：可能是電源內部存在一種力，不讓聚集在負極的負電荷經內部的導電物質移向正極。

師：如果這種猜測是正確的話，這種力會不會是靜電力?為什么?

生：不會。因為靜電力是使聚集在負極的負電荷經電池內部的導電物質由負極移向正極。

師：很好。我們知道物體通常呈電中性，大家想過沒有?為什么正電荷向電源正極聚集，負電荷向電源負極聚集?

……

生：是非靜電力作用的結果。

師：對!現在，我們進一步來討論這樣的問題：把帶有等量、異號電荷的平行板電容器用導線連接起來，導線中有瞬時電流。要保持導線中有持續的恒定電流，必須怎么辦?

生：為了使導線中有持續的電流，必須使兩極板間總存在恒定的電壓。

師：這時平行板電容器內部場強是否改變?

生：不變。

師：如何保持平行板電容器內部場強不變?就需要……

生：保持兩極板所帶電量不變。

師：如何保持兩極板所帶電量不變呢?

生：自然是把經過導線移至另一極的電荷重新“捉”回來，也就是要使從負極經過導線移至正極的等量電子再回到負極。

師：從負極經過導線移至正極的電子再回到負極的路徑是在平行板之間還是在平行板的外部?

生：內部。

師：靠什么力？

生：非靜電力。

師：通過剛才的討論，我們知道：如果能使平行板電容器負極經過導線移至正極的等量電子經平行板之間再回到負極，那么平行板之間就必須存在一種非靜電力。如果平行板之間存在那么一種非靜電力，那么這樣的“平行板電容器”就是什么?

生：電源。

活動ⅲ：歸納總結電源的特性

師：作為電源，必須具備什么條件?

生：內部必須存在非靜電力。

師：電源內部的非靜電力作用于電荷，將產生什么效果?請大家討論一下，然后回答。