对感生电动势与动生电动势的认识及研究

邱昊

摘 要：我们从高中物理选修教材的3-2开始学习感生电动势与动生电动势。从本人与同学的普遍反应来看，这部分内容的难度是较大的，所涉及概念也较为生涩，不容易理解。为了保证我们在平时解题与考试过程中能够灵活、有效、综合运用该知识点，本文思考了对该部分知识点的认识与例题研究过程。

关键词：感生电动势 动生电动势 区别综合应用

在高中物理学习中，我们了解到磁场是变化的，且它周围存在感生电场，而电场线是一系列的闭合线圈，它利用闭合导体中的自由电荷在非静电力作用下定向运动，最终产生感应电流，这就是导体中的感应电动势。

一、感生电动势与动生电动势之间存在本质区别

我们在学习感应电流过程中，必须首先了解感生电动势与动生电动势二者之间的本质区别。在物理教材内容中如此解释“如果感应电动势是由感生电场产生的，它就应该叫做‘感生电动势。其中感生电动势的本质就是产生涡旋电场，而涡旋电场会产生非静电力，它令导体中的电荷逐渐向两端积累最终产生电势差。相比较而言动生电动势则是由洛伦兹力来充当非静电力的，它同样使导体中的电荷向两端积累产生电势差。在学习过程中，也发现磁通量变化主要由磁场变化所引起，实际上这样的磁场应该是最稳定的，但是它始终处于运动状态。考虑到磁场运动会导致线框切割磁感线，所以线框中的自由电荷一定会因为受到洛伦兹力而发生定向移动最终形成感应电流。

二、感生电动势与动生电动势的分别应用

在了解了感生电动势与动生电动势二者区别以后，就要对二者的分别应用进行分析，要重点了解感生电场与感生电动势，以及洛伦兹力与动生电动势在实际习题应用中的实际表现。

1.感生电场与感生电动势的习题应用分析

如果存在一个半径为的绝缘细圆环，将其水平放置，其中环内会存在竖向向上的匀强磁场。在绝缘细圆环上套上一个电荷量为的小球，就可知匀强磁场磁感应强度会随时间均匀增强，它的变化率应该为。如果小球在环上运动一周，求解感生电场对小球的作用力所做功应该是多少。

这道题目是我们会在该课中所学到的典型例题，它就涉及到了感生電场中所产生的感生电动势的变化问题，经过分析得知正是由于感生电场变化导致了磁场中周围空间的电场被有效激发，进而由法拉第电磁感应定律在感生电场中产生了感生电动势，所得到的感生电动势应该表示为：

而此时电场力会同时做功，得到：

小球在绝缘细圆环上运动一周所做的功应该表示为：

2.洛伦兹力与动生电动势的习题应用分析

我们在学习动生电动势过程中一定会接触到洛伦兹力，对于一般导体来说，当它做切割磁感线运动过程中导体本身就充当了电源的作用，其原因就在于金属棒的整体平动可以视为是导体内部无数电子同时做定向运动，它们在磁场中由于受到沿棒向洛伦兹力作用，最终产生动生电动势。

图1 洛伦兹力作用产生动生电动势示意图

如图1，我们看到磁场沿着棒向下产生洛伦兹力作用，电子会向端逐渐聚集积累，但实际上棒本身是不带电、显示电中性的，这是因为电子已经全部转移走，端则会自然带上等量的正电荷。

通过这道习题我们可以学习到，如果电荷移动，习题中的棒内一定会形成一个附加电场，该电场与电荷移动方向完全相反，一定程度上也会阻碍电荷的转移过程，最终促成电荷移动的平衡状态。当电荷不再移动以后，我们要继续通过右手定则来判断图1中端电势高，它应该与电源正极端电势相反方向，充当导体电源负极。

同理，我们来分析另一种情况。某竖直向下的匀强磁场，如果将某一水平放置的金属棒以水平初速度抛出，假设整个过程中金属棒的取向不变，同时也不计空气阻力，那么金属棒的在运动过程中会产生感应电动势，对其大小变化情况的判断应该从金属棒运动方面展开分析。金属棒是做平抛运动的，它在竖直方向方面做自由落体运动，速度由重力影响不断增大，但不会切割磁感线。而它在水平方向则做匀速运动，切割磁感线，但速度适中保持不变，因此可以判断金属棒的电动势大小变化为保持不变[1]。

3.感生电动势与动生电动势的综合习题应用分析

在分别了解感生电动势与动生电动势的相关习题应用以后，我们在学习过程中还要了解二者的综合应用，做到知识学习融会贯通。这里给出一道同时拥有两种概念的习题进行分析。

在某一张固定的水平桌面上有一金属框架，它处于竖直向下的匀强磁场中，金属棒在金属框架上并做无摩擦滑动运动。已知金属棒电阻为，其余部分电阻忽略不计。如果最开始时磁感应强度为，从时刻开始计起，磁感应强度会越来越小。如果金属棒能够始终保持恒定速度向一边匀速运动，则金属棒中不会产生感应电流，那么此时磁感应强度是怎样随时间变化的？

这道题目实际上就是在提问我们如何表示磁感应强度与时间之间关系。首先，我们分析得到实际金属棒是不产生感应电流的，但在分析中也发现在回路中磁感应强度始终在变化，同时金属棒在切割磁感线时也导致匀强磁场发生变化。此时可以判断动生电动势与感生电动势二者大小相等，但方向相反。但是我们依然不知道的是该磁场是否处于均匀变化状态，如果不是均匀变化状态，就无法准确表达感生电动势，最终导致答案错误。正确的做法是在了解其不产生感应电流的情况下，可判断总电动势应该为0，结合电动势是磁通量导数这一感应电流理论，逆向分析实际上磁通量应该为始终保持不变的定值，最终写出磁通量守恒表达式，表示磁感应强度与时间之间关系应该为：

得出结论不会随时间均匀变化[2]。

结语

通过上述一系列论述分析，可以见得电磁感应的确存在一定复杂性，我们要在学习过程中正确理解其中感生电动势与动生电动势之间的区别与物理关系，灵活运用它们进行分析解题，思考、总结解题思路，保证学好这部分知识。

参考文献

[1]陈泓锟.电磁感应的理解与应用[J].中国校外教育（中旬刊），2016（10）：105，136.

[2]周耀虎.感生电动势与动生电动势的理解与应用[J].物理通报，2016（z2）：99-101.