淺談電磁感應(yīng)現(xiàn)象中洛倫茲力的作用

孫麗鳳

（普蘭店市第三十八中學(xué)，遼寧 普蘭店 116200）

淺談電磁感應(yīng)現(xiàn)象中洛倫茲力的作用

孫麗鳳

（普蘭店市第三十八中學(xué)，遼寧 普蘭店 116200）

選修教材3－2第4章第5節(jié)《電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類(lèi)情況》一節(jié)中，對(duì)于第二類(lèi)情況——電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的洛倫茲力，“思考與討論”部分給予了提示，而關(guān)于洛倫茲力究竟是怎樣作用的及如何充當(dāng)非靜電力的角色，教材沒(méi)有作進(jìn)一步啟發(fā)，這時(shí)學(xué)生會(huì)產(chǎn)生一種困惑：洛倫茲力不做功又怎能發(fā)揮非靜電力的作用呢？筆者沿著“思考與討論”的思路做一探究。

一、洛倫茲力的分力做功而總功為零

洛倫茲力始終與速度垂直，是不做功的，但是在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中分析洛倫茲力的作用時(shí)，要研究它的分力做功情況。

圖1中，導(dǎo)體內(nèi)的電子隨棒以速度v1定向移動(dòng)時(shí)會(huì)受到磁場(chǎng)對(duì)其施加的洛倫茲力f1的作用，在f1的作用下電子又沿導(dǎo)體棒由A向B運(yùn)動(dòng)，速度設(shè)為v2。該過(guò)程f1對(duì)電子做正功，發(fā)揮了非靜電力的作用。

圖1

圖2中，電子在f1的作用下沿棒有分運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，又導(dǎo)致電子受到洛倫茲力f2的作用，而f2的方向與速度v1的方向相反，所以f2又阻礙電子隨棒的移動(dòng)，對(duì)電子做負(fù)功。

圖2

然后證明f1和f2做功的代數(shù)和為零。用推導(dǎo)過(guò)程切實(shí)說(shuō)明“洛倫茲力的分力做功，而總功為零”。下面用兩種方法加以證明。

方法1 分別將f1與f2合成、v1與v2合成，證明電子實(shí)際受到的洛倫茲力f與實(shí)際速度v垂直，從而說(shuō)明洛倫茲力不做功。如圖3所示。

圖3

方法2 從瞬時(shí)功率的角度證明，這個(gè)角度還能夠更加明確洛倫茲力兩個(gè)分力做功過(guò)程不存在先后順序，而是同時(shí)進(jìn)行的。

通過(guò)上述分析與證明，學(xué)生就能夠明確教材中“導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電源，這時(shí)的非靜電力與洛倫茲力有關(guān)”的含義了。

二、由洛倫茲力推導(dǎo)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式

動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生既然是因?yàn)槁鍌惼澚Τ洚?dāng)非靜電力，那么就應(yīng)該可以利用洛倫茲力得出動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)大小的計(jì)算式。電子沿棒定向移動(dòng)使得棒兩端形成電勢(shì)差，很容易判斷內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)的方向及電子受到電場(chǎng)力的方向，如圖4所示。隨著棒端電子數(shù)量的增加，棒兩端的電勢(shì)差以及電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)力都變大，電子沿棒方向的加速度逐漸減小。當(dāng)Eq＝f1時(shí)，電子沿棒方向處于平衡狀態(tài)，即

圖4

通過(guò)推導(dǎo)，學(xué)生對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中洛倫茲力的作用會(huì)有更加深刻的理解。

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