穿過(guò)導(dǎo)體回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，在導(dǎo)體回路中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)引起磁通量變化的方式不同，可以將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)。在我們教材中是這樣定義兩者的：

動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)：磁場(chǎng)不隨時(shí)間變化而導(dǎo)體回路的整體或局部在運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

感生電動(dòng)勢(shì)：導(dǎo)體所圍回路面積不變而磁場(chǎng)隨時(shí)間變化所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

從動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)的定義出發(fā)，我們可以判定由于穿過(guò)導(dǎo)體回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化，在回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)還是感生電動(dòng)勢(shì)。但筆者認(rèn)為單純從定義出發(fā)來(lái)判定兩者不太科學(xué)，并且有時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)模棱兩可的結(jié)論。下面通過(guò)一個(gè)比較熟悉的例子來(lái)說(shuō)明：

例1 如下圖所示，在一無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線附近有一與之平行的金屬導(dǎo)體棒AB。棒以速度 沿垂直于載流直導(dǎo)線的方向運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，金屬導(dǎo)體棒中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)還是感生電動(dòng)勢(shì)？我們不妨根據(jù)兩者定義這一角度來(lái)分析一下。

首先，讓無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線相對(duì)于地面靜止不動(dòng)，這樣它激發(fā)產(chǎn)生的磁場(chǎng)是不隨時(shí)間變化的穩(wěn)恒磁場(chǎng)。導(dǎo)體棒AB在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。然后，讓導(dǎo)體棒AB相對(duì)于地面靜止不動(dòng)，這樣無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線以速度（-）向左運(yùn)動(dòng)。在金屬導(dǎo)體棒AB所處位置，由載流直導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)在發(fā)生變化，而導(dǎo)體棒沒(méi)有運(yùn)動(dòng)。依據(jù)定義，可以判定在導(dǎo)體棒上又產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)。

例2 如下圖所示，條形磁鐵以相對(duì)于導(dǎo)體環(huán)的速度插入之，由于穿過(guò)導(dǎo)體環(huán)的磁通量發(fā)生了變化，導(dǎo)體環(huán)中必產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。導(dǎo)體環(huán)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)還是感生電動(dòng)勢(shì)？我們不妨分析一下：



如果讓導(dǎo)體環(huán)相對(duì)于地面靜止。這樣，由于條形磁鐵的插入，通過(guò)導(dǎo)體環(huán)所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化，那么依定義可得出導(dǎo)體環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)該是感生電動(dòng)勢(shì)；如果讓條形磁鐵相對(duì)于地面靜止，此時(shí)，我們可視條形磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)為穩(wěn)恒磁場(chǎng)，不隨時(shí)間發(fā)生變化，而導(dǎo)體環(huán)以速度（-）套入條形磁鐵中。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果和前者并非不一樣，可是，由于這時(shí)不變，而導(dǎo)體所圍回路在\"動(dòng)\"，由定義可得，導(dǎo)體環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)該是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。

以上兩例說(shuō)明，依照定義來(lái)判定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的屬性，主要看導(dǎo)體是否在運(yùn)動(dòng)。由于導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)與否取決于參考系的選取，因此運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的屬性與參考系的選取有直接的關(guān)系，從而得出模棱兩可的結(jié)論。這樣學(xué)生不容易區(qū)分感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的屬性，很可能造成混亂。雖然，上面這兩個(gè)例子并不具有一般性，不能代表所有電磁感應(yīng)現(xiàn)象的事例。但是通過(guò)這樣兩個(gè)例子足以說(shuō)明問(wèn)題：我們不能單純的從定義來(lái)看產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)還是感生電動(dòng)勢(shì)，筆者認(rèn)為應(yīng)該從動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)本質(zhì)來(lái)區(qū)分兩者。下面我們?cè)敿?xì)地闡述一下兩者的本質(zhì)。

動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)：如下圖所示，導(dǎo)體棒AB垂直置與磁場(chǎng)中，并沿垂直于導(dǎo)線的方向在圖示平面內(nèi)，以速度勻速向右運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)體內(nèi)所有自由移動(dòng)的電子將隨導(dǎo)體棒AB一起向右運(yùn)動(dòng)，自由電子受到磁場(chǎng)洛倫茲力的作用。洛倫茲力的大小為fm=evB ，方向由B指向A。

在洛倫茲力的作用下，自由電子由B向A運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)體棒的下端發(fā)生積累，于是A端帶負(fù)電，B端由于失去電子而帶正電。隨著正負(fù)電荷在導(dǎo)體棒兩端的積累，導(dǎo)體棒內(nèi)出現(xiàn)了由B指向A端的電場(chǎng)。因此，導(dǎo)體棒內(nèi)的電子同時(shí)受到向下的洛倫茲力和向上的電場(chǎng)力的作用。當(dāng)導(dǎo)體棒兩端的電荷積累到一定程度時(shí)，自由電子受到的洛倫茲力和電場(chǎng)力達(dá)到平衡，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再因?qū)w棒的移動(dòng)而發(fā)生宏觀移動(dòng)，導(dǎo)體內(nèi)電荷分布穩(wěn)定，導(dǎo)體兩端形成恒定的電勢(shì)差。

若導(dǎo)體棒AB兩端與固定不動(dòng)的導(dǎo)線連接構(gòu)成回路時(shí)，回路中便出現(xiàn)感應(yīng)電流，導(dǎo)體棒AB兩端所積累的電荷將減少，原來(lái)的平衡被破壞，于是洛倫茲力又使自由電子從B端沿導(dǎo)體內(nèi)部流向A端，使AB兩端的電荷不斷得到補(bǔ)充，從而使導(dǎo)體棒兩端的電勢(shì)差保持恒定，維持回路中的電流不斷。由此得到：產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力就是由洛倫茲力。

既然產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力是洛倫茲力，那么產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力是什么樣的力？麥克斯韋指出：產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力是感生電場(chǎng)力（或稱(chēng)為渦旋電場(chǎng)力）。

由于洛倫茲力和感生電場(chǎng)力是兩種性質(zhì)截然不同的，有著比較明顯區(qū)別和界限的力，因而，以它們?yōu)橐罁?jù)來(lái)判定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的屬性，區(qū)別動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)就會(huì)變得比較明了，不會(huì)出現(xiàn)模棱兩可的結(jié)論。下面，我們先著重強(qiáng)度一下洛倫茲力和感生電場(chǎng)力的主要區(qū)別：

洛倫茲力：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力。其特點(diǎn)是：洛倫茲力只能作用于相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的電荷。以洛倫茲力作為非靜電力而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，導(dǎo)體必須\"切割\"磁力線。

感生電場(chǎng)力：由變化的磁場(chǎng)激發(fā)產(chǎn)生的感生電場(chǎng)即渦旋電場(chǎng)施于置于場(chǎng)中的電荷的力。其特點(diǎn)是：電荷可以相對(duì)于電場(chǎng)靜止，它受力只是因?yàn)樗鼛щ?。?/p>

另外，形成感生電場(chǎng)力的渦旋電場(chǎng)是由變化的磁場(chǎng)激發(fā)的，由此，在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中不會(huì)產(chǎn)生感生電場(chǎng)力；而形成洛倫茲力的磁場(chǎng)可以是穩(wěn)恒的。產(chǎn)生洛倫茲力，導(dǎo)體必須\"切割\"磁力線；產(chǎn)生感生電場(chǎng)力，導(dǎo)體可以不\"切割\"磁力線。

知道了動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)區(qū)別，下面我們?cè)賮?lái)分析上面提到的兩個(gè)例子。

例1中導(dǎo)體棒相對(duì)于磁場(chǎng)作\"切割\"磁力線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中所有的自由電子由于相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)而受到洛倫茲力，形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)自然是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。在此過(guò)程，自由電子沒(méi)有受到感生電場(chǎng)力，因此，也就不會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。

例2中，條形磁鐵相對(duì)于導(dǎo)體環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體環(huán)中每一段都在\"切割\"磁力線，導(dǎo)體環(huán)中的自由電子受到洛倫茲力，形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也理應(yīng)是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。

再舉一例分析一下，同而證明我們觀點(diǎn)的正確性。

例3 如圖所示，豎直放置的無(wú)限長(zhǎng)載流直螺旋管通有隨時(shí)間變化的電流 ，其中有一水平放置的金屬圓環(huán)在沿著豎直方向運(yùn)動(dòng)。通過(guò)金屬圓環(huán)中的磁通量發(fā)生了變化，回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)還是感生電動(dòng)勢(shì)或者兩者兼有。下面我們分析一下：

根據(jù)定義，由于通過(guò)無(wú)限長(zhǎng)直螺旋管上的電流隨時(shí)間在變化，因此在螺旋管中產(chǎn)生的磁場(chǎng)在隨時(shí)間變化，穿過(guò)金屬圓環(huán)的磁通量發(fā)生了變化，圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為感生電動(dòng)勢(shì)。另外，金屬圓環(huán)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，按照定義，在金屬圓環(huán)中同時(shí)產(chǎn)生了動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。但事實(shí)并非如此。雖然金屬圓環(huán)在向下運(yùn)動(dòng)，但是金屬圓環(huán)運(yùn)動(dòng)的速度方向和無(wú)限長(zhǎng)直螺旋管中的磁場(chǎng)方向是平行的，所以金屬圓環(huán)中自由電荷所受的洛倫茲力為零，也就是說(shuō)，金屬圓環(huán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中并沒(méi)有受到洛倫茲力。而穿過(guò)金屬環(huán)的磁通量的變化僅僅是由于無(wú)限長(zhǎng)直螺旋管中磁場(chǎng)變化引起的，因此，我們說(shuō)金屬環(huán)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的根本起因是以感生電場(chǎng)力作為非靜電力形成的，所以金屬環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)該是感生電動(dòng)勢(shì)。

通過(guò)以上討論：我們可以非常清楚地看到，從動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)出發(fā)來(lái)判定導(dǎo)體回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的屬性是非常正確的，不會(huì)出現(xiàn)模棱兩可的結(jié)論。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。