洛仑磁力在电磁感应现象中的作用

王方瞳

高中物理学习中，我们了解到，磁场和电场一样，也对位于其中的电荷具有力的作用。所不同的是，在电场中，无论怎样运动，电荷一定会受电场力的作用，即    ，并且，一般情况下，电场力也做功。而在磁场中，电荷只有拥有速度，才有可能受力，这个力与电荷的速度大小，磁感应强度及电荷量成正比，方向与电荷的运动方向垂直，定义为洛仑磁力，即

。并且，无论如何，洛仑磁力都不会对电荷做功（

，位移X被微分后，每一小段的方向与洛仑磁力垂直，W=0），因此洛仑磁力起不到能量的转化的作用。因为课本对这些问题无过多的说明，这个“矛盾点”也成了许多同学的疑惑，下面我就这一问题进行粗浅的讨论。

假设一个垂直纸面向内的匀强磁场，场强为B，在磁场中有两根平行的光滑金属轨道，轨道的一端用导线连线起来，置导体棒于轨道上，构成一个闭合回路。则由楞次定理可知，当我们施加 一个外力，使导体棒垂直于磁感线方向运动，导体棒中就会有感应电流产生。 我们知道，电流的产生来源于某种非静电力使电荷发生了定向移动，聚集于导体棒的两端，形成了电势差 ，进而使外电路的电荷在电场力的作用下定向移动，实现了能量的转化。按照这个思路，我们可知，运动的导体棒中的电荷在磁场中，受到的洛仑磁力就是非静电力。

如图，刚开始运动时，导体中的电荷（认为是正电荷）受洛仑磁力力方向沿导体方向，记为  ，因此，电荷在y方向，会有一个速度，记为  。由于  的存在，由左手定则知，同样会使电荷受到一个垂直于导体，与运动方向相反的洛仑磁力，记为  。可以证明，  与  所做功之和一定为零。现分x轴方向与y轴方向分别证明：

设导体棒长L，横截面积S，单位体积内有n个元电荷。在一段时间Δt内，轴方向上，有电荷完全通过导体棒，

则：

由以上四式可得：× × ×  × × × X

Δt

在x轴方向上，同理：

解得：            Δt

即：       ，驗证了洛仑磁力总体不做功。

通过以上分析可以看出，在本问题中，洛仑磁力的作用有两个：

1.充当非静电力，提供电势差：

2.宏观上表现为安培力，与速度方向相反，将机械能转化为电能，它是电场与磁场的联系纽带。