單金屬棒在雙軌上電磁驅動和電磁阻尼問題分析

劉穎

單金屬棒在勻強磁場中切割磁感線（平動或轉動），在閉合回路中產生感應電流，導體棒因受到安培力作用而使得其合力發生變化，進而導致導體棒的速度發生變化.磁場對導體棒作用的效果引起空間位置的改變，這一做功的過程實現不同形式能量的轉化.從能量轉化的角度，安培力做正功是將電能轉化為導體棒的機械能，做負功則把導體棒的機械能轉化為閉合回路的焦耳熱.

初始階段從“力和運動”的視角來認識安培力作用的效能，通過合力的變化判斷導體棒的運動，定性分析導體棒趨向穩態這一過程，對體現物理過程之美有著積極的意義.但在變力作用下趨向定態過程中相關物理量的求解必須利用功能關系才能實現.根據導體棒與雙軌組成的閉合回路中有無電源分為有源和無源兩類問題，列表對比如下.

1 有源和無源回路對比分析

單金屬棒因外接電源而有電流，導體棒因此受到安培力作用而運動稱之為電磁驅動，致使導體棒的機械能增加，這就實現了電源的電能向導體棒機械能的轉化.同時因為外部電流流進閉合回路而實現電流做功，實現了用電器焦耳熱的產生.因此從能量轉化的視角分析電源的能量轉化為導體棒的機械能和閉合回路這一系統的焦耳熱.對于無源回路，因為導體棒的運動切割在閉合回路中產生感應電流，磁場對感應電流這一阻力做負功，實現導體棒的機械能或者外界提供的能量向閉合回路焦耳熱的轉變.