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)象的兩類情況》一節(jié)中，對于第二類情況——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，教材沒有作進(jìn)一步啟發(fā)，這時學(xué)生會產(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，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定向移動時會受到磁場對其施加的洛倫茲力f1的作用，在f1的作用下電子又沿導(dǎo)體棒由A向B運動，速度設(shè)為v2。該過程f1對電子做正功，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動的同時，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，對電子做負(fù)功。

圖2

然后證明f1和f2做功的代數(shù)和為零。用推導(dǎo)過程切實說明“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，證明電子實際受到的洛倫茲力f與實際速度v垂直，從而說明洛倫茲力不做功。如圖3所示。

圖3

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

通過上述分析與證明，學(xué)生就能夠明確教材中“導(dǎo)體切割磁感線運動時相當(dāng)于一個電源，這時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)動生電動勢的表達(dá)式

動生電動勢的產(chǎn)生既然是因為洛倫茲力充當(dāng)非靜電力，那么就應(yīng)該可以利用洛倫茲力得出動生電動勢大小的計算式。電子沿棒定向移動使得棒兩端形成電勢差，很容易判斷內(nèi)部產(chǎn)生電場的方向及電子受到電場力的方向，如圖4所示。隨著棒端電子數(shù)量的增加，棒兩端的電勢差以及電場強(qiáng)度、電場力都變大，電子沿棒方向的加速度逐漸減小。當(dāng)Eq＝f1時，電子沿棒方向處于平衡狀態(tài)，即

圖4

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

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