邱昊

摘 要：我們從高中物理選修教材的3-2開始學(xué)習(xí)感生電動勢與動生電動勢。從本人與同學(xué)的普遍反應(yīng)來看，這部分內(nèi)容的難度是較大的，所涉及概念也較為生澀，不容易理解。為了保證我們在平時解題與考試過程中能夠靈活、有效、綜合運用該知識點，本文思考了對該部分知識點的認(rèn)識與例題研究過程。

關(guān)鍵詞：感生電動勢 動生電動勢 區(qū)別綜合應(yīng)用

在高中物理學(xué)習(xí)中，我們了解到磁場是變化的，且它周圍存在感生電場，而電場線是一系列的閉合線圈，它利用閉合導(dǎo)體中的自由電荷在非靜電力作用下定向運動，最終產(chǎn)生感應(yīng)電流，這就是導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢。

一、感生電動勢與動生電動勢之間存在本質(zhì)區(qū)別

我們在學(xué)習(xí)感應(yīng)電流過程中，必須首先了解感生電動勢與動生電動勢二者之間的本質(zhì)區(qū)別。在物理教材內(nèi)容中如此解釋“如果感應(yīng)電動勢是由感生電場產(chǎn)生的，它就應(yīng)該叫做‘感生電動勢。其中感生電動勢的本質(zhì)就是產(chǎn)生渦旋電場，而渦旋電場會產(chǎn)生非靜電力，它令導(dǎo)體中的電荷逐漸向兩端積累最終產(chǎn)生電勢差。相比較而言動生電動勢則是由洛倫茲力來充當(dāng)非靜電力的，它同樣使導(dǎo)體中的電荷向兩端積累產(chǎn)生電勢差。在學(xué)習(xí)過程中，也發(fā)現(xiàn)磁通量變化主要由磁場變化所引起，實際上這樣的磁場應(yīng)該是最穩(wěn)定的，但是它始終處于運動狀態(tài)?？紤]到磁場運動會導(dǎo)致線框切割磁感線，所以線框中的自由電荷一定會因為受到洛倫茲力而發(fā)生定向移動最終形成感應(yīng)電流。

二、感生電動勢與動生電動勢的分別應(yīng)用

在了解了感生電動勢與動生電動勢二者區(qū)別以后，就要對二者的分別應(yīng)用進行分析，要重點了解感生電場與感生電動勢，以及洛倫茲力與動生電動勢在實際習(xí)題應(yīng)用中的實際表現(xiàn)。

1.感生電場與感生電動勢的習(xí)題應(yīng)用分析

如果存在一個半徑為的絕緣細(xì)圓環(huán)，將其水平放置，其中環(huán)內(nèi)會存在豎向向上的勻強磁場。在絕緣細(xì)圓環(huán)上套上一個電荷量為的小球，就可知勻強磁場磁感應(yīng)強度會隨時間均勻增強，它的變化率應(yīng)該為。如果小球在環(huán)上運動一周，求解感生電場對小球的作用力所做功應(yīng)該是多少。

這道題目是我們會在該課中所學(xué)到的典型例題，它就涉及到了感生電場中所產(chǎn)生的感生電動勢的變化問題，經(jīng)過分析得知正是由于感生電場變化導(dǎo)致了磁場中周圍空間的電場被有效激發(fā)，進而由法拉第電磁感應(yīng)定律在感生電場中產(chǎn)生了感生電動勢，所得到的感生電動勢應(yīng)該表示為：

而此時電場力會同時做功，得到：

小球在絕緣細(xì)圓環(huán)上運動一周所做的功應(yīng)該表示為：

2.洛倫茲力與動生電動勢的習(xí)題應(yīng)用分析

我們在學(xué)習(xí)動生電動勢過程中一定會接觸到洛倫茲力，對于一般導(dǎo)體來說，當(dāng)它做切割磁感線運動過程中導(dǎo)體本身就充當(dāng)了電源的作用，其原因就在于金屬棒的整體平動可以視為是導(dǎo)體內(nèi)部無數(shù)電子同時做定向運動，它們在磁場中由于受到沿棒向洛倫茲力作用，最終產(chǎn)生動生電動勢。

圖1 洛倫茲力作用產(chǎn)生動生電動勢示意圖

如圖1，我們看到磁場沿著棒向下產(chǎn)生洛倫茲力作用，電子會向端逐漸聚集積累，但實際上棒本身是不帶電、顯示電中性的，這是因為電子已經(jīng)全部轉(zhuǎn)移走，端則會自然帶上等量的正電荷。

通過這道習(xí)題我們可以學(xué)習(xí)到，如果電荷移動，習(xí)題中的棒內(nèi)一定會形成一個附加電場，該電場與電荷移動方向完全相反，一定程度上也會阻礙電荷的轉(zhuǎn)移過程，最終促成電荷移動的平衡狀態(tài)。當(dāng)電荷不再移動以后，我們要繼續(xù)通過右手定則來判斷圖1中端電勢高，它應(yīng)該與電源正極端電勢相反方向，充當(dāng)導(dǎo)體電源負(fù)極。

同理，我們來分析另一種情況。某豎直向下的勻強磁場，如果將某一水平放置的金屬棒以水平初速度拋出，假設(shè)整個過程中金屬棒的取向不變，同時也不計空氣阻力，那么金屬棒的在運動過程中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，對其大小變化情況的判斷應(yīng)該從金屬棒運動方面展開分析。金屬棒是做平拋運動的，它在豎直方向方面做自由落體運動，速度由重力影響不斷增大，但不會切割磁感線。而它在水平方向則做勻速運動，切割磁感線，但速度適中保持不變，因此可以判斷金屬棒的電動勢大小變化為保持不變[1]。

3.感生電動勢與動生電動勢的綜合習(xí)題應(yīng)用分析

在分別了解感生電動勢與動生電動勢的相關(guān)習(xí)題應(yīng)用以后，我們在學(xué)習(xí)過程中還要了解二者的綜合應(yīng)用，做到知識學(xué)習(xí)融會貫通。這里給出一道同時擁有兩種概念的習(xí)題進行分析。

在某一張固定的水平桌面上有一金屬框架，它處于豎直向下的勻強磁場中，金屬棒在金屬框架上并做無摩擦滑動運動。已知金屬棒電阻為，其余部分電阻忽略不計。如果最開始時磁感應(yīng)強度為，從時刻開始計起，磁感應(yīng)強度會越來越小。如果金屬棒能夠始終保持恒定速度向一邊勻速運動，則金屬棒中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，那么此時磁感應(yīng)強度是怎樣隨時間變化的？

這道題目實際上就是在提問我們?nèi)绾伪硎敬鸥袘?yīng)強度與時間之間關(guān)系。首先，我們分析得到實際金屬棒是不產(chǎn)生感應(yīng)電流的，但在分析中也發(fā)現(xiàn)在回路中磁感應(yīng)強度始終在變化，同時金屬棒在切割磁感線時也導(dǎo)致勻強磁場發(fā)生變化。此時可以判斷動生電動勢與感生電動勢二者大小相等，但方向相反。但是我們依然不知道的是該磁場是否處于均勻變化狀態(tài)，如果不是均勻變化狀態(tài)，就無法準(zhǔn)確表達(dá)感生電動勢，最終導(dǎo)致答案錯誤。正確的做法是在了解其不產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況下，可判斷總電動勢應(yīng)該為0，結(jié)合電動勢是磁通量導(dǎo)數(shù)這一感應(yīng)電流理論，逆向分析實際上磁通量應(yīng)該為始終保持不變的定值，最終寫出磁通量守恒表達(dá)式，表示磁感應(yīng)強度與時間之間關(guān)系應(yīng)該為：

得出結(jié)論不會隨時間均勻變化[2]。

結(jié)語

通過上述一系列論述分析，可以見得電磁感應(yīng)的確存在一定復(fù)雜性，我們要在學(xué)習(xí)過程中正確理解其中感生電動勢與動生電動勢之間的區(qū)別與物理關(guān)系，靈活運用它們進行分析解題，思考、總結(jié)解題思路，保證學(xué)好這部分知識。

參考文獻

[1]陳泓錕.電磁感應(yīng)的理解與應(yīng)用[J].中國校外教育（中旬刊），2016（10）：105，136.

[2]周耀虎.感生電動勢與動生電動勢的理解與應(yīng)用[J].物理通報，2016（z2）：99-101.