APP下载

洛仑磁力在电磁感应现象中的作用

2018-03-04王方瞳

新一代 2018年19期
关键词:静电力电场力磁力

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。

猜你喜欢

静电力电场力磁力
磁力文件夹
磁力珠
制作磁力小车
磁力不怕水
“电势能”表达式的教学研究
静电力做功的分析与计算
电势能(教学设计)
“求解电场力做功”全攻略
例析计算电场力做工的方法
例析带电粒子在电场中的运动