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MC1-0930-物理量“电动势”描述的是

MC1-0930 与电压那道题构成镜像,问的是电动势(electromotive force)描述什么。文中说明电动势虽带「力」字却并非力学中的力,而是非静电力把单位正电荷从负极搬到正极所做的功,并借内阻、闭合电路欧姆定律解释电池用旧后端电压下跌的现象,最后给出四类概念的判别口径。

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【题目编号】MC1-0930

【题目】物理量“电动势”描述的是:

【答案】A

[A]电子器件或装置将某种形式的能量转化为电能的能力

[B]加在电路两端的电源驱动电子流动的力量大小

[C]单位时间内流过电路的电子数量

[D]电源所能供应的电子数量最大值

考点速览

这道题与"电压描述什么"构成一对镜像,问的是电动势(electromotive force,常缩写为 EMF)这个物理量描述什么。正确选项落在把某种形式的能量转化为电能的能力上。只要把电动势与电压各自的来路分清,这类题一看便知。

电动势的定义与名不副实

电动势的严格定义是:非静电力把单位正电荷从电源的负极经电源内部移到正极所做的功,写成电动势等于非静电力做的功除以电荷量,单位也是伏特。名字里带着力字,它却不是力学意义上的力,而是能量转化本领的度量,量纲与电压相同。

电源内部靠的是非静电力:化学电池靠电极与电解液之间的化学反应,发电机靠磁场与导体相对运动产生的感应作用,光电池靠半导体结的光生伏特效应,热电偶靠温差。这些机制各不相同,共同点是都能把非电能泵成电能,把正电荷从低电位的负极推到高电位的正极。没有这个泵,电路里的电流无法持续流动。

内阻与闭合电路

理想电源的电动势是常数,真实电源都有内阻。闭合电路中,电动势等于电流乘以外电路电阻与内阻之和,这就是闭合电路欧姆定律。外电路分到的电压只是端电压,它等于电动势减去内阻上的压降。

这个关系在实际操作中处处可见:干电池用旧之后电动势下降不多,内阻却明显增大,于是带载时端电压迅速下跌;汽车起动瞬间蓄电池端电压明显低于静态值,就是大电流在内阻上产生的压降。业余无线电里亦然,收发信机发射瞬间电源电压被拉低、显示屏闪烁甚至重启,多数是电源内阻与线缆压降在作怪,换粗一点的电源线往往比换电源更管用。

逐项辨析

选项 A 说电动势是电子器件或装置将某种形式的能量转化为电能的能力,这正是电动势的本质:衡量电源把化学能、机械能、光能等转换成电能的本领,答案成立。

选项 B 说它是加在电路两端的电源驱动电子流动的力量大小,这是电压或电位差的定义。电压描述电路两点间的差异,电动势描述电源内部的能量转化,二者不能互换。

选项 C 说它是单位时间内流过电路的电子数量,这是电流的定义,单位是安培,与电动势的伏特量纲都不同。

选项 D 说它是电源所能供应的电子数量最大值,把能量转化本领错认成电荷储备量。这是容量概念,通常以安时计量;储备再多的电荷,若没有电动势推动也形不成电流。

易混淆点

三个都带伏特的量要分清:电动势是电源内部的源动力,方向由负极到正极;端电压是电源两极之间的实际电位差,方向由正极到负极,带载时小于电动势;电位差则是电路中任意两点之间的电压,未必与电源直接相关。开路时端电压在数值上等于电动势,正是这个特例让不少人把两者当成一回事。

电动势的另一种来源

化学电源之外,电磁感应是产生电动势最普遍的方式。导体与磁场发生相对运动,或者穿过回路的磁通量发生变化时,回路中就会出现感应电动势。变压器正是靠交变磁通在副边绕组中感应出电动势,把能量从初级传递到次级,两个绕组之间并没有电的直接连接。业余无线电里的磁环变压器、巴伦、天线上被电波感应出的电动势都属于这一类。发电机把机械能转为电能、话筒把声能转为电能,同样靠的是感应作用。可见电动势描述的是能量形态转换的本领,与具体采用哪种物理机制无关。

应试要点

抓住题干里的动宾结构:凡是"转化为电能的能力或本领",就是电动势;凡是"驱动电荷流动"或"两点之差",就是电压;凡是"每秒通过的电荷量",就是电流;凡是"能供应多少电荷",就是容量。这套判据在整组概念题里通用,背下定义边界比记答案更省力。

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