單金屬棒在雙軌上電磁驅(qū)動(dòng)和電磁阻尼問題分析

劉穎

單金屬棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中切割磁感線（平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)），在閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)體棒因受到安培力作用而使得其合力發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)體棒的速度發(fā)生變化.磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體棒作用的效果引起空間位置的改變，這一做功的過程實(shí)現(xiàn)不同形式能量的轉(zhuǎn)化.從能量轉(zhuǎn)化的角度，安培力做正功是將電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體棒的機(jī)械能，做負(fù)功則把導(dǎo)體棒的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為閉合回路的焦耳熱.

初始階段從“力和運(yùn)動(dòng)”的視角來認(rèn)識(shí)安培力作用的效能，通過合力的變化判斷導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)，定性分析導(dǎo)體棒趨向穩(wěn)態(tài)這一過程，對(duì)體現(xiàn)物理過程之美有著積極的意義.但在變力作用下趨向定態(tài)過程中相關(guān)物理量的求解必須利用功能關(guān)系才能實(shí)現(xiàn).根據(jù)導(dǎo)體棒與雙軌組成的閉合回路中有無電源分為有源和無源兩類問題，列表對(duì)比如下.

1 有源和無源回路對(duì)比分析

單金屬棒因外接電源而有電流，導(dǎo)體棒因此受到安培力作用而運(yùn)動(dòng)稱之為電磁驅(qū)動(dòng)，致使導(dǎo)體棒的機(jī)械能增加，這就實(shí)現(xiàn)了電源的電能向?qū)w棒機(jī)械能的轉(zhuǎn)化.同時(shí)因?yàn)橥獠侩娏髁鬟M(jìn)閉合回路而實(shí)現(xiàn)電流做功，實(shí)現(xiàn)了用電器焦耳熱的產(chǎn)生.因此從能量轉(zhuǎn)化的視角分析電源的能量轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體棒的機(jī)械能和閉合回路這一系統(tǒng)的焦耳熱.對(duì)于無源回路，因?yàn)閷?dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)切割在閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁場(chǎng)對(duì)感應(yīng)電流這一阻力做負(fù)功，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體棒的機(jī)械能或者外界提供的能量向閉合回路焦耳熱的轉(zhuǎn)變.