注意:化学电池只在两极附近的反应层由于化学力而存在电势"跃升",即电动势,中间溶液沿电流方向电势降低。
活动1:如图甲,在外电路中,正电荷在静电力的作用下从正极经过电阻R移到负极,电势如何变化?时间t内静电力做功如何?
提示:电势降低。静电力做正功,Q外=I2Rt。
活动2:在电源内部,电池两极附近的化学反应层中的化学作用将正电荷从低电势处移到高电势处(如图乙B→C,D→A),总电动势为E,时间t内非静电力做功如何?
提示:W=Eq=EIt。
活动3:在电源内部,也存在恒定电场,正电荷从C到D,时间t内静电力做功如何?
提示:正电荷从C到D电势降低,静电力做正功,Q内=I2rt。
活动4:由能量守恒定律结合以上活动,可以得到什么关系?
提示:根据W=Q外+Q内,以及W=Eq=EIt,Q外=I2Rt,Q内=I2rt,可以得到EIt=I2Rt+I2rt。整理得E=IR+Ir,也可以写成I=。
活动5:对于包含非纯电阻元件的电路,上述关系应如何改写?
提示:对于包含非纯电阻元件的电路,W>Q,电动势做的功仍为W=Eq=EIt,电源内部是纯电阻,电流做的功仍为W内=Q内=I2rt。设外电路从电源正极到负极,电势降落为U外(即外电路的总电压),则外电路的电场对电荷做功W外=U外q=U外It,根据能量守恒定律,W=W内+W外,联立以上各式,得E=U外+Ir。如果用U内表示Ir,即内电路的电势降落,上式还可以写成E=U外+U内。这就是说,电源的电动势等于内、外电路电势降落之和。图乙已经形象地反映了这个关系。
活动6:讨论、交流、展示,得出结论。
(1)闭合电路的欧姆定律