浅谈电磁感应现象中洛伦兹力的作用

孙丽凤

（普兰店市第三十八中学，辽宁 普兰店 116200）

浅谈电磁感应现象中洛伦兹力的作用

孙丽凤

（普兰店市第三十八中学，辽宁 普兰店 116200）

选修教材3－2第4章第5节《电磁感应现象的两类情况》一节中，对于第二类情况——电磁感应现象中的洛伦兹力，“思考与讨论”部分给予了提示，而关于洛伦兹力究竟是怎样作用的及如何充当非静电力的角色，教材没有作进一步启发，这时学生会产生一种困惑：洛伦兹力不做功又怎能发挥非静电力的作用呢？笔者沿着“思考与讨论”的思路做一探究。

一、洛伦兹力的分力做功而总功为零

洛伦兹力始终与速度垂直，是不做功的，但是在电磁感应现象中分析洛伦兹力的作用时，要研究它的分力做功情况。

图1中，导体内的电子随棒以速度v1定向移动时会受到磁场对其施加的洛伦兹力f1的作用，在f1的作用下电子又沿导体棒由A向B运动，速度设为v2。该过程f1对电子做正功，发挥了非静电力的作用。

图1

图2中，电子在f1的作用下沿棒有分运动的同时，又导致电子受到洛伦兹力f2的作用，而f2的方向与速度v1的方向相反，所以f2又阻碍电子随棒的移动，对电子做负功。

图2

然后证明f1和f2做功的代数和为零。用推导过程切实说明“洛伦兹力的分力做功，而总功为零”。下面用两种方法加以证明。

方法1 分别将f1与f2合成、v1与v2合成，证明电子实际受到的洛伦兹力f与实际速度v垂直，从而说明洛伦兹力不做功。如图3所示。

图3

方法2 从瞬时功率的角度证明，这个角度还能够更加明确洛伦兹力两个分力做功过程不存在先后顺序，而是同时进行的。

通过上述分析与证明，学生就能够明确教材中“导体切割磁感线运动时相当于一个电源，这时的非静电力与洛伦兹力有关”的含义了。

二、由洛伦兹力推导动生电动势的表达式

动生电动势的产生既然是因为洛伦兹力充当非静电力，那么就应该可以利用洛伦兹力得出动生电动势大小的计算式。电子沿棒定向移动使得棒两端形成电势差，很容易判断内部产生电场的方向及电子受到电场力的方向，如图4所示。随着棒端电子数量的增加，棒两端的电势差以及电场强度、电场力都变大，电子沿棒方向的加速度逐渐减小。当Eq＝f1时，电子沿棒方向处于平衡状态，即

图4

通过推导，学生对电磁感应现象中洛伦兹力的作用会有更加深刻的理解。

阅力］