电源特性的探究

电源特性的探究

【教学内容】

高二《物理》（必修加选修）第二册第十四章第六节。

【问题提出】

师：这节课，首先请同学们用电压表测量不同型号的干电池、蓄电池的电压，并说明测量结果。

生：不同型号的干电池的电压都约为1.5v，蓄电池的电压都约为2v。

师：我们的教材这样讲：“不接用电器时电源两极间电压的大小是由电源本身的性质决定的。为了表征电源的这种特性，物理学中引入电动势的概念。电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压。”我给同学们提出一个问题：电动势到底表征电源的什么特性?同学们，你们自己有什么问题吗?

生甲：为什么不同型号的干电池的电压都约为1.5v?

生乙：为什么干电池电压与蓄电池不同?

生丙：电源的电动势为什么等于电源没有接入电路时两极间的电压?

……

师：很好!为了回答以上问题，必须弄清电源的特性。

【学生活动】

一、活动：拆卸废旧干电池、蓄电池，初步弄清它们的构造

师：请大家动手，拆卸废旧干电池、蓄电池，看它们内部有些什么，内部物质是否导电。请注意环境卫生。

生：动手拆卸废旧干电池、蓄电池，测量内部物质是否导电。

师：我们早已知道，电源正极聚集着正电荷，负极聚集着负电荷。现在又知道，干电池、蓄电池的正、负两极之间的物质是导体。同学们对此有什么疑问吗?

生甲：正电荷为什么能够聚集在正极，负电荷为什么聚集在负极?

生乙：聚集在负极的负电荷为什么不经导电物质移向正极?

二、活动：提出设想，构建电源模型

师：这个问题提得相当好!为什么呢?同学们自己说说。

……

生：可能是电源内部存在一种力，不让聚集在负极的负电荷经内部的导电物质移向正极。

师：如果这种猜测是正确的话，这种力会不会是静电力?为什么?

生：不会。因为静电力是使聚集在负极的负电荷经电池内部的导电物质由负极移向正极。

师：很好。我们知道物体通常呈电中性，大家想过没有?为什么正电荷向电源正极聚集，负电荷向电源负极聚集?

……

生：是非静电力作用的结果。

师：对!现在，我们进一步来讨论这样的问题：把带有等量、异号电荷的平行板电容器用导线连接起来，导线中有瞬时电流。要保持导线中有持续的恒定电流，必须怎么办?

生：为了使导线中有持续的电流，必须使两极板间总存在恒定的电压。

师：这时平行板电容器内部场强是否改变?

生：不变。

师：如何保持平行板电容器内部场强不变?就需要……

生：保持两极板所带电量不变。

师：如何保持两极板所带电量不变呢?

生：自然是把经过导线移至另一极的电荷重新“捉”回来，也就是要使从负极经过导线移至正极的等量电子再回到负极。

师：从负极经过导线移至正极的电子再回到负极的路径是在平行板之间还是在平行板的外部?

生：内部。

师：靠什么力？

生：非静电力。

师：通过刚才的讨论，我们知道：如果能使平行板电容器负极经过导线移至正极的等量电子经平行板之间再回到负极，那么平行板之间就必须存在一种非静电力。如果平行板之间存在那么一种非静电力，那么这样的“平行板电容器”就是什么?

生：电源。

活动：归纳总结电源的特性

师：作为电源，必须具备什么条件?

生：内部必须存在非静电力。

师：电源内部的非静电力作用于电荷，将产生什么效果?请大家讨论一下，然后回答。