地面参考系和磁源参考系中感应电流的功率

摘   要：对磁场区域运动产生的电磁感应现象中感应电流的功率问题，在地面参考系和磁源参考系中做了深入的对比分析和计算，发现两个参考系中感应电流的功率不同，指出了试题参考答案的不足，消除了有关文献和大部分教师中存在的认识误区。

关键词：参考系；非静电力的起源；等效电路；感应电流的功率

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2022）11-0057-3

根据非静电力的起源，电磁感应现象中的感应电动势可分为动生电动势和感生电动势。由洛伦兹力作为非静电力产生的电动势叫动生电动势；由感生电场力作为非静电力产生的电动势叫感生电动势。在求解磁场区域运动产生的电磁感应现象中感应电流的功率问题时，要注意区分不同参考系中感应电动势的本质（非静电力的起源）及其方向，才能正确地等效电路、计算感应电流的功率。

1    一道高考题引发的问题

原题 （2017年江苏高考第13题）[1]如图1所示，两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内，其右端接一阻值为R的电阻。质量为m的金属杆静置在导轨上，其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B，方向竖直向下。当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后，金属杆的速度变为v。导轨和金属杆的电阻不计，导轨光滑且足够长，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求：

（1）MN刚扫过金属杆时，杆中感应电流的大小I；

（2）MN刚扫过金属杆时，杆的加速度大小a；

（3）PQ刚要离开金属杆时，感应电流的功率P。

该题前两问比较简单，在此不作讨论。

引发的问题：由于磁场区域和金属杆运动的速度选择的是地面参考系，但第（3）问感应电流的功率没有明确要求在哪个参考系计算，难道感应电流的功率与参考系无关吗？

2    引发问题的主流观点

3    不同惯性参考系中的定量分析和计算

3.1    在地面参考系中等效电路，计算感应电流的功率

3.2    在磁源参考系中等效电路，计算感应电流的功率

4    结束语

参考文献：

［1］王夫雨，韩承轩. 感应电流功率问题的认识误区与正本清源——2017年江苏高考物理第21题高考参考答案的反思［J］.湖南中学物理，2021，36（12）：76-77，75.

［2］张璋，贾宗伟. 电磁感应中基于能量观的电功率、安培力功率、热功率辨析［J］. 物理教学，2021，43（8）：57-58，30.

［3］卢炜，雷光娟. 例谈电磁感应问题中电流功率的求解［J］. 物理教学，2019，41（6）：57-58.

［4］缪钟英.电磁学问题讨论［M］.北京：人民教育出版社，2003：397.

［5］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理选修3-2（第3版）［M］. 北京：人民教育出版社，2010：16-17，28.

（栏目编辑    蒋小平）