電磁感應現(xiàn)象中的洛倫磁力

　　一、教材解讀
　　閉合電路的部分導體切割磁感線，電路中將產(chǎn)生感應電流；如果電路不閉合，那么只產(chǎn)生感應電動勢而不產(chǎn)生感應電流，對導體切割磁感線而產(chǎn)生的感應電動勢。我們稱之為動生電動勢，對這種電動勢，磁場沒有變化，空間沒有感生電場，它產(chǎn)生的機理是怎樣的呢？
　　如圖1所示，導體棒ab在外力作用下在無限長光滑導軌上以速度v勻速運動，對ab棒中的任意一自由電荷，洛侖茲力的分力f將使電荷獲得定向移動的速度v，而v的存在又將使該電荷受到水平向左的洛侖茲力f，ab棒中，所有定向移動的電荷受到的洛侖茲力的合力，宏觀上表現(xiàn)為安培力。∵Pf=fv=qvBv，Pf=-fv=-qvBv，∴Pf=Pf+Pf=0，即洛侖茲力對運動電荷始終不做功。但通過洛侖茲力的分力做正、負功，卻可以實現(xiàn)機械能向電能的轉(zhuǎn)化。由此可見，導體棒ab做切割磁感線的運動時相當于一個電源，這時的非靜電力即洛倫磁的分力f。如果從能的轉(zhuǎn)化和守恒的角度看，克服安培力做功的多少是機械能向電能轉(zhuǎn)化的量度。
　　二、典例分析
　　例1.如圖2所示，銅質(zhì)金屬環(huán)從條形磁鐵的正上方由靜止下落，在下落過程中，下列判斷中正確的是（?搖?搖）。
　　A.金屬環(huán)在下落過程中的機械能守恒
　　B.金屬環(huán)在下落過程中動能的增加量
　　小于重力勢能的減少量
　　C.金屬環(huán)的機械能先減小后增大
　　D.磁鐵對桌面的壓力始終大于其自身的重力
　　【解析】本題從能的轉(zhuǎn)化和守恒的角度看，很容易判斷B正確，A、C錯誤，但選項D，很多學生認為條形磁鐵對環(huán)的作用力始終阻礙環(huán)的下落，所以環(huán)在下落過程中始終給磁體豎直向下的作用力，因而做出錯誤判斷。
　　如圖3所示，環(huán)在位置2以上的任意位置1，將環(huán)看成無數(shù)小直線段組成，每一個小段均切割磁場水平分量，從而形成逆時針方向的感應電流（從上往下看），環(huán)受豎直向上的安培分力（另一水平分力使環(huán)有擴張的趨勢），磁鐵受環(huán)對其向下的作用力，磁鐵對桌面的壓力大于其自身重力，而環(huán)在位置2的瞬間，磁鐵外部磁場的水平分量為零，故環(huán)在該瞬間不切割磁感線，所以無感應電流。環(huán)與磁鐵間的相互作用力為零，磁鐵對桌面的壓力等于其自身的重力；在位置2以下的任意位置3，環(huán)同樣要切割條形磁鐵的外部磁感線，環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應電流（從上往下看），磁鐵對環(huán)產(chǎn)生向上安培分力，環(huán)對磁鐵有向下的作用力，因而磁鐵對桌面的壓力大于其自身的重力。綜上所述，選項D錯誤。
　　例2.如圖4所示，水平放置的矩形線圈abcd，在細長的磁鐵的N極附近豎直下落，保持bc邊在紙外，ad邊在紙內(nèi)，由圖中的位置I經(jīng)過位置II，到達位置Ⅲ，這三個位置都靠得很近。在這個過程中，線圈的感應電流方向是（?搖?搖）。
　　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】本題從磁通量變化的角度看，依楞次定律分階段可得出感應電流的方向；但從切割磁感線的角度，用右手定則判斷更簡單。由對稱性可知：ad邊、bc邊切割磁感線產(chǎn)生的感應電勢相互抵消；ab邊、cd邊所在處的磁場的水平分磁場方向相同，可認為水平向右，而整個下落過程，ab邊對應位置的水平磁感強度始終大于cd邊對應位置的水平磁感強度，由右手安培定則可判斷出：感應電流的方向始終是沿abcd。
　　點評：對動生電動勢，弄清洛倫磁力的分力與安培力的關(guān)系，理解其產(chǎn)生的機理，對學生加深教材內(nèi)容的理解和知識的應用很有幫助。