電動(dòng)勢(shì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題分析

彭愛(ài)華

[中國(guó)石油大學(xué)(華東)理學(xué)院 山東 青島 266580]

歷史上，由于電磁學(xué)規(guī)律不滿足伽利略變化，從而引出后來(lái)的狹義相對(duì)論[1～3].在大學(xué)物理電磁學(xué)的教學(xué)中可用狹義相對(duì)論定性解釋關(guān)于電動(dòng)勢(shì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，沒(méi)有復(fù)雜的定量計(jì)算，但可以有效幫助學(xué)生理解電磁學(xué)和狹義相對(duì)論的關(guān)系.

1 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與感生電動(dòng)勢(shì)是統(tǒng)一的

如圖1所示，一個(gè)條形磁鐵和一個(gè)閉合回路靠近，從回路來(lái)看，回路靜止，磁鐵靠近，回路所在區(qū)域的磁場(chǎng)發(fā)生變化，回路中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì).從磁鐵來(lái)看，磁鐵靜止，回路靠近，磁場(chǎng)不變，回路運(yùn)動(dòng)，回路中產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì).參考系不同，不管是用動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)還是感生電動(dòng)勢(shì)，都是可以解釋電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生的[4].

圖1 磁鐵和回路靠近

2 導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的問(wèn)題

如圖2所示，一根導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，從磁場(chǎng)看，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒中產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì).從導(dǎo)體棒看，磁場(chǎng)動(dòng)，但磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如何解釋導(dǎo)體棒中電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的原因呢？

圖2 導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)

3 過(guò)渡問(wèn)題

載流導(dǎo)線中有恒定電流，載流導(dǎo)線外有平行導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的一個(gè)電子，電子的運(yùn)動(dòng)速度和導(dǎo)線中定向運(yùn)動(dòng)的電子的運(yùn)動(dòng)速度相同.從載流導(dǎo)線看，載流導(dǎo)線外部有磁場(chǎng)，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有磁場(chǎng)力，導(dǎo)線外電子受磁場(chǎng)力作用會(huì)靠近導(dǎo)線.從導(dǎo)線外的電子看，導(dǎo)線外的電子靜止，載流導(dǎo)線中電子靜止，載流導(dǎo)線中正電荷定向運(yùn)動(dòng)，載流導(dǎo)線還是有電流的，載流導(dǎo)線外部有磁場(chǎng)，但是磁場(chǎng)對(duì)靜止電子沒(méi)有磁場(chǎng)力，如何解釋電子會(huì)靠近導(dǎo)線？

圖3 載流導(dǎo)線和運(yùn)動(dòng)的電子

4 過(guò)渡問(wèn)題的解釋

載流導(dǎo)線可看成負(fù)電荷構(gòu)成的棒和正電荷構(gòu)成的棒的組合，從導(dǎo)線外的電子來(lái)看，負(fù)電荷的棒是靜止的，正電荷的棒是運(yùn)動(dòng)的，正電荷的棒的長(zhǎng)度在運(yùn)動(dòng)方向上發(fā)生長(zhǎng)度收縮，正電荷的體密度變大，載流導(dǎo)線不再是中性的棒而是帶正電荷的棒，正電荷會(huì)對(duì)導(dǎo)線外的電子有吸引的電場(chǎng)力，所以電子會(huì)靠近導(dǎo)線.

5 導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的問(wèn)題解釋

一根導(dǎo)體棒在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，從磁場(chǎng)看，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒中產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì).從導(dǎo)體棒看，磁場(chǎng)動(dòng)，但磁場(chǎng)不再是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，因?yàn)榛讵M義相對(duì)論，產(chǎn)生磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同了，如果磁場(chǎng)不再是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，則導(dǎo)體棒中會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì).

電場(chǎng)和磁場(chǎng)本質(zhì)是一樣的，它們是不同參考系下同種物質(zhì)的不同表現(xiàn)形式.