揭开电磁感应现象中“非静电力”的神秘面纱

当电源两极与电路（例如导体）接通后，在静电力推动下，正电荷从电源正极经电路移至负极，电势降低；而在电源内部，如何使正电荷又从负极经电源内部移至正极呢？电源内使正、负电荷分离，并使正电荷聚积到电源正极，负电荷聚积到电源负极的非静电性质的作用. 即为非静电力，电源内部的非静电力使电源两极间产生并维持一定的电势差.非静电力克服静电力的阻碍，从而形成电荷流动的回路.因此，静电力和非静电力是构成电流回路的两个必要因素.

非静电力有不同的来源，在化学电池（干电池、蓄电池）中，非静电力是一种与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用；在温差电源中，非静电力是一种与温度差和电子浓度差相联系的扩散作用；在电磁感应现象中，非静电力起源于磁场对运动电荷的作用，即洛伦兹力.而变化的磁场产生的有旋电场也是一种非静电力，但因其力线呈涡旋状，通常不用作电源，也难以区分内外.

在这里会面临两个问题，一是如果洛伦兹力充当非静电力，非静电力克服静电力的阻碍，它是要做功的，这是否与洛伦兹力永不做功相矛盾？第二，有力提供非静电力，就可以作为电源，就应有电动势产生，在电磁感应现象中，根据法拉第电磁感应定律，产生电动势的条件是回路磁通量Φ发生变化，这是否是唯一的条件呢？

例1如图1所示，匀强磁场磁感应强度为B，导轨宽度为d，电阻为r，导体棒在外力F的作用下以速度v0向右匀速运动.若导体内自由移动的是正电荷，电荷量为q，导体棒长度为L，试分析导体棒及棒内正电荷的受力情况与运动情况？

分析某正电荷在水平方向向右以速度v0匀速运动，同时在洛伦兹力的作用下沿导体棒向下运动，某时刻向下的速度设为vy.如图2所示，正电荷在沿导体棒方向的力

即在某段时间内电源内部非静电力所做的功Wfy与宏观上导体棒克服安培力所做的功相等.从能量守恒的角度看，在导体棒的运动过程中，克服安培力做了多少功，就有多少其他能转化为电能.若电路为如图1所示的纯电阻电路，电能最终全部转化为回路的焦耳热.即W克pv =E电=Q焦=EIt.

在人教版教材物理选修3-2-P7中写道：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体电路中就有感应电流.这是否说明磁通量发生变化是回路产生感应电动势的唯一条件呢？“只要”二字似乎说明这只是其中的一种情况，事实上是这样吗？

例2如图4所示，水平虚面PQ上方两侧有对称的范围足够大的匀强磁场，磁场方向分别水平向左和水平向右，磁感应强度大小均为B0=2 T.用金属条制成的闭合正方形框aa′b′b边长L=0.5 m，质量m=0.3 kg，电阻R=1 Ω.现让金属框平面水平，aa′边、bb′边分别位于左、右两边的磁场中，且与磁场方向垂直，金属框由静止开始下落，其平面在下落过程中始终保持水平，当金属框下落至PQ前一瞬间，加速度恰好为零.以金属框下落至PQ为计时起点，PQ下方加一范围足够大的竖直向下的磁场，磁感应强度B与时间t之间的关系图象如图5所示.不计空气阻力及金属框的形变，g取10 m/s2.求：

（1）金属框经过PQ位置时的速度大小；

（2）金属框越过PQ后2 s内下落的距离；

（3）金属框越过PQ后2 s内产生的焦耳热.

分析当线框在PQ上方运动时，平面在下落过程中始终保持水平，线圈与磁场方向平行，穿过线圈的磁通量始终为零，回路中会有感应电流产生吗？

所以，无论磁通量Φ是否发生变化，电磁感应现象中只要有力提供非静电力，即有电动势产生，所以人教版物理选修3-2-P7中的描述是准确的.若由于回路中导体的运动，产生的洛伦兹力提供非静电力，产生的电动势即为动生电动势.若由变化磁场产生的有旋电场充当非静电力，产生的电动势即为感生电动势.从能量转化的角度来看，产生动生电动势时，将机械能转化为电能，而产生感生电动势时，将磁场能转化电能.