感生电动势与动生电动势的本质区别，本文主要内容关键词为：电动势论文,本质论文,区别论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、问题的提出
关于感生电动势和动生电动势的概念，不仅学生往往有错误的理解，有的老师也理解深度不够。请看下面的问题：
如下图中所示：图1中通电螺线管A不动，A中电流大小也不变，金属圆环B由远处向A靠近；图2中金属圆环B不动，通电螺线管A也不动，但使A中的电流变大；图3中金属圆环B不动，通电螺线管A中电流大小不变，让A从远处插入B。问这三种情况下产生的电动势分别是什么电动势？
图1
图2
图3
这三种情况下通过线框的磁通量都发生了变化，其中图1中磁通量的变化是由于线框运动切割磁感线引起的，B中产生的是动生电动势，这应该是没有争议的。图2中磁通量的变化是由磁感应强度变化引起的，这是感生电动势也是没有争议的。图3中当A向B靠近时，B所在处的磁感应强度发生了变化，乍一看认为B产生的感应电动势是感生电动势。但从相对运动的角度看，虽然圆环B不动，通电螺线管A在运动，但也可以理解为：磁铁不动，线框在动。这样图3中的感应电动势就应该和图1相同产生的是动生电动势。那么图3中的感应电动势究竟是什么电动势呢？
二、感生电动势和动生电动势的本质区别
这就要弄清楚这两种电动势的本质区别。在高中物理人教版新教材3-2中，P19～20中是这样解释的：“如果感应电动势是由感生电场产生的，这也叫做‘感生电动势’”。“如果感应电动势是由于导体运动而产生的，它也叫做‘动生电动势’”。对照动生电动势的定义，对上面的问题的解决还不是很清楚。但对照感生电动势的定义，再深入思考一下，就能明白了。也就是说有没有感生电场是关键。感生电动势的本质是产生涡旋电场，涡旋电场产生非静电力，使导体中的电荷向两端积累产生电势差。而动生电动势是洛伦兹力充当非静电力，使导体中的电荷向两端积累产生电势差。图3中磁通量变化貌似磁场变化引起的，其实这样的磁场是稳定的磁场，只不过是运动的稳定的磁场，由于磁场运动导致线框切割磁感线，使得线框中的自由电荷受到洛伦兹力而发生定向移动形成电流.
三、两种情况的等价性推导
1.电磁感应中磁通量变化量的理解
产生感应电流的条件是：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流。电磁感应的本质不是产生感应电流，而是产生感应电动势。若回路不闭合，没有感应电流，但有感应电动势。根据法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
在磁感应强度不变的情况下，当棒以速度v垂直于磁感应强度方向切割时，可以推导出：E=BLv。
那么对于一根导体棒，怎么计算磁通量的变化量呢？
初中物理当中认为：电磁感应闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生感应电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。这和高中法拉第电磁感应定律貌似不同。其实在动生电动势中是相同的。
对于单导体棒而言，磁通量的变化指的是导体棒在磁场中扫过的面积对应的磁通量的变化。
如图4（下页）所示，为了通俗表达笔者的意图，不妨假设：通过线框的磁感量就为图中所画的磁感线的根数。从位置Ⅰ运动到位置Ⅱ的过程中，磁感应强度增大，磁感线条数增多，磁通量由磁感线3根变成了5根，磁通量的变化量为2根。另一种理解为：圆环在运动过程中磁通量的变化量为穿过图中圆柱体侧面积所通过的磁感线条数，也即为2根。因为通过位Ⅱ时的磁通量为通过圆柱的上底面和侧面的磁通量总和，那么它的变化量也就为侧面的磁通量了。
图4
四、应用举例
例1 如图5所示，一个很长的竖直放置的圆柱形磁铁，在其外部产生一个中心辐射的磁场（磁场水平向外），其大小为B=k/r（其中r为辐射半径——考察点到圆柱形磁铁中心轴线的距离，k为常数），设一个与磁铁同轴的圆形铝环，半径为R（大于圆柱形磁铁的半径），圆环通过磁场由静止开始下落，下落过程中圆环平面始终水平，已知铝丝电阻为
，密度为m，当地的重力加速度为g，试求：
图5
(1)圆环下落的最终速度
是多大？
(2)如果从开始到下落高度为A时，速度最大，经历的时间为t，这一过程中圆环中电流的有效值
是多大？
分析与解答 (1)本题圆环在向下运动的过程中产生的感应电动势是动生电动势。由题意知铝圆环所在处的磁感应强度B=k/r，
圆环的有效切割长度为其周长即L=2πR，
当环速度为v时，切割磁感线产生的电动势为：
E=BLv=2kπv。
