錢婷婷

摘? ?要：導體棒切割磁感線會產生動生電動勢，導體棒就是電源。那么，電源中非靜電力究竟是什么力？為什么導體棒克服安培力做了多少功，閉合導體回路就產生了多少電能？文章將從導體棒切割磁感線的微觀本質進行闡述。

關鍵詞：動生電動勢;非靜電力;洛倫茲力;安培力;微觀本質

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）9-0043-2

1? ? 動生電動勢中的非靜電力

如圖1所示，導體棒在導軌上以速度v1運動，運動的同時，導體棒上產生感應電動勢E（動生電動勢）。由于導體棒和導軌構成了閉合導體回路，所以回路中有電流I。從微觀角度來看，是導體棒內的自由電荷發(fā)生了定向移動。假設棒內的自由電荷帶正電，每個自由電荷的電量為q，它們定向移動的速率為v2。那么導體棒內的自由電荷們同時參與了兩種運動：一種是隨棒運動，速率為v1;另一種是發(fā)生定向移動，速率為v2。

因此，導體棒中的自由電荷q以速率v1在磁場中運動而受洛倫茲力f1=qv1B，方向與v1垂直。洛倫茲力f1把導體棒bc段中的自由電荷由b端搬到c端，導體棒上產生電動勢。所以，洛倫茲力f1正是動生電動勢中的非靜電力。

2? ? 洛倫茲力不做功的微觀原因

可以看到自由電荷所受的洛倫茲力總與速度垂直，洛倫茲力永不做功。

另一方面，在任意Δt時間內，f1對自由電荷做正功為：

f2對自由電荷做負功為：

3? ? 安培力產生的微觀本質

導體棒在導軌上向右以速率v1在磁場中運動，它與導軌構成閉合回路，回路中有順時針的感應電流I。同時，因導體棒bc段上有電流I通過，導體棒bc段受到水平向左的安培力F。事實上安培力F是bc段所有自由電荷受到的f2的合力，下面來證明一下。

設導體棒bc段橫截面積為S，總的自由電荷數為N，單位體積內自由電荷數為n，則N=nSL。導體棒受到的安培力F=Nqv2B=nSLqv2B，再結合電流的微觀表達式I=nqSv2，得F=BIL。這也與教材中安培力的公式一致。

4? ? 克服安培力做功等于回路中產生的電能

由此可以得到，當導體棒切割磁感線產生感應電流時，回路中產生的電能等于導體棒克服安培力所做的功。

本文從微觀角度討論了高中物理中導體棒切割磁感線這一典型的電磁學現象。通過推理和分析，揭示了關于導體棒切割磁感線的四個現象的微觀本質，這些都與教材中的法拉第電磁感應定律相符。對這些微觀機制的剖析和理解，有助于提高教師和學生對此部分知識的教學和學習質量。

參考文獻：

[1]吳慶華.為什么克服安培力做功等于動生電動勢產生的電能？[J]. 湖南中學物理，2017（4）：72.

（欄目編輯? ? 陳? ?潔）