电磁感应现象中的洛伦磁力_在电磁感应现象中
时间：2019-02-08 03:15:43 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
一、教材解读 闭合电路的部分导体切割磁感线，电路中将产生感应电流；如果电路不闭合，那么只产生感应电动势而不产生感应电流，对导体切割磁感线而产生的感应电动势。我们称之为动生电动势，对这种电动势，磁场没有变化，空间没有感生电场，它产生的机理是怎样的呢？
如图1所示，导体棒ab在外力作用下在无限长光滑导轨上以速度v匀速运动，对ab棒中的任意一自由电荷，洛仑兹力的分力f将使电荷获得定向移动的速度v，而v的存在又将使该电荷受到水平向左的洛仑兹力f，ab棒中，所有定向移动的电荷受到的洛仑兹力的合力，宏观上表现为安培力。∵Pf=fv=qvBv，Pf=-fv=-qvBv，∴Pf=Pf+Pf=0，即洛仑兹力对运动电荷始终不做功。但通过洛仑兹力的分力做正、负功，却可以实现机械能向电能的转化。由此可见，导体棒ab做切割磁感线的运动时相当于一个电源，这时的非静电力即洛伦磁的分力f。如果从能的转化和守恒的角度看，克服安培力做功的多少是机械能向电能转化的量度。
二、典例分析
例1.如图2所示，铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止下落，在下落过程中，下列判断中正确的是（?摇?摇）。
A.金属环在下落过程中的机械能守恒
B.金属环在下落过程中动能的增加量
小于重力势能的减少量
C.金属环的机械能先减小后增大
D.磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力
【解析】本题从能的转化和守恒的角度看，很容易判断B正确，A、C错误，但选项D，很多学生认为条形磁铁对环的作用力始终阻碍环的下落，所以环在下落过程中始终给磁体竖直向下的作用力，因而做出错误判断。
如图3所示，环在位置2以上的任意位置1，将环看成无数小直线段组成，每一个小段均切割磁场水平分量，从而形成逆时针方向的感应电流（从上往下看），环受竖直向上的安培分力（另一水平分力使环有扩张的趋势），磁铁受环对其向下的作用力，磁铁对桌面的压力大于其自身重力，而环在位置2的瞬间，磁铁外部磁场的水平分量为零，故环在该瞬间不切割磁感线，所以无感应电流。环与磁铁间的相互作用力为零，磁铁对桌面的压力等于其自身的重力；在位置2以下的任意位置3，环同样要切割条形磁铁的外部磁感线，环中产生顺时针方向的感应电流（从上往下看），磁铁对环产生向上安培分力，环对磁铁有向下的作用力，因而磁铁对桌面的压力大于其自身的重力。综上所述，选项D错误。
例2.如图4所示，水平放置的矩形线圈abcd，在细长的磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置I经过位置II，到达位置Ⅲ，这三个位置都靠得很近。在这个过程中，线圈的感应电流方向是（?摇?摇）。
A.沿abcd方向
B.沿dcba方向
C.由I到II沿abcd方向，由II到Ⅲ沿dcba方向
D.由I到II沿dcba方向，由II到Ⅲ沿abcd方向
【解析】本题从磁通量变化的角度看，依楞次定律分阶段可得出感应电流的方向；但从切割磁感线的角度，用右手定则判断更简单。由对称性可知：ad边、bc边切割磁感线产生的感应电势相互抵消；ab边、cd边所在处的磁场的水平分磁场方向相同，可认为水平向右，而整个下落过程，ab边对应位置的水平磁感强度始终大于cd边对应位置的水平磁感强度，由右手安培定则可判断出：感应电流的方向始终是沿abcd。
点评：对动生电动势，弄清洛伦磁力的分力与安培力的关系，理解其产生的机理，对学生加深教材内容的理解和知识的应用很有帮助。
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