探討電磁感應現象的實質

高中物理課本對電磁感應現象的理解包括兩方面：一是感應電動勢的大小與磁通量變化率成正比，即E=；二是感應電流的方向，根據楞次定律判定。電磁感應現象的實質是什么？如何用學過的理論來解釋?帶著這個問題來看下面的例題。

例1如圖1所示，導體棒在水平光滑導軌上以速度V向右平移，已知磁感應強度為B，導體棒L，求切割導體棒的感應電動勢的大小及電流的方向。

本題求解較簡單，感應電動勢的大小E=BLV，通過右手定則知電流方向為向上。下面換個角度來分析這個問題，導體棒向右平移，它里面的電子也隨之向右運動，從而使其受到向下的洛倫茲力f，促使電子向下運動，由此可得導體棒內的感應電流為向上。如圖2所示，導體棒中的電子參與兩個運動：⑴隨導體棒向右運動的速度；⑵因受洛倫茲力而向下運動的速度v'，其所受的洛倫茲力也分為兩部分：⑴v與對應的部分f，相當非靜電力，其總功率P=BvQv'，導體棒上運動電荷的總電量Q=LSqn，又因為微觀電流I=Snqv'，綜上可得P=BLvI，產生感應電動勢的原因就在于此。⑵與v'對應的部分f，∑f'即安培力，從宏觀上阻礙導體棒的運動，減少導體棒的動能。如圖2所示，總洛倫茲力F，即f、f'的合力與電子的合速度V垂直，故洛倫茲力不做功，但卻起到了至關重要的作用，通過f'做功減少動能，通過f做功產生電能。

由此可知，切割導線產生感應電動勢可以用運動電荷在磁場中受力來解釋，是否所有的電磁感應現象都可以這樣解釋呢？

例2如圖3所示，半徑為r的圓形閉合回路中有垂直紙面向里的磁場，當磁場均勻增加， =K，求感應電動勢的大小及感應電流的方向。

根據E=得，感應電動勢 =K，感應電流的方向為逆時針。

此類問題可以這樣理解，磁場增加即磁感線向圓內切割，圓環導線相對磁場向外切割，磁場減少即磁感線向圓內切割，圓環導線相對磁場向里切割，設相對切割速度為V，很容易證得，=B（2πr）V。同上，相對切割產生感應電動勢可用電荷相對磁場運動而受力來解釋。

通過以上兩個例題的分析可知，電磁感應現象產生的原因在于閉合回路與磁場之間的相對運動，電磁感應現象的實質是相對磁場運動的電荷在磁場中受力。

（唐山市豐南區第一中學）