Question

电磁感应中的能量转换问题

如图所示，杆ab由静止下落，他们说能量转换是重力势能转换为热能和动能，那安培力呢?要说重力势能转换为动能还好，它怎么会转化为热能啊，热能不应该是安培力做负功转化的吗？还有，若是给杆一个外力，那能量转换又是怎样啊？

Answer 1

首先，这应该是一道高中题目，许多细节都是理想化的。例如杆和轨道的接触问题，不考虑他们之间作用力的大小，不考虑摩擦等等。
然后，分析题中物体哪些能量发生了变化。显然，杆的重力势能减小，但是速度增大（动能增加），形成的闭合回路中由于磁通量的变化产生电磁感应，进而产生电流，所以有一部分转化为电能。又由于电路中存在电阻，电能被立即消耗，转化为电阻的内能（大多数表现为热能），电阻的温度会升高。
题中，安培力是阻力（其实本质是洛伦兹力的一种宏观表现，它作用于电路的各个位置，只是题中的导轨不可能会发生形变这种状况，所以只表现在杆上。高中教材的某些说明只是便于学生理解，并没有揭示本质），安培力使一部分重力势能损失，在闭合回路中形成电流。
你没有告诉我再给杆的一个外力其大小与方向，所以情况会有很多。通过判断他对于运动是阻碍效应还是增益效应，可以明确他是做正功还是负功，不过最终当能量转换完全后，会达到一个稳定状态，例如杆匀速运动直线等等。
希望能帮到你！

追问

为什么安培力会使重力势能损失？还有，当有一个外力F向下拉杆，能量又是怎样?这道题中安培力是阻碍作用，还有你说的增益作用时，能量又是怎样转变啊？我就觉得，重力势能之转化为动能，跟热能没有关系，因为热能是安培力做负功产生的啊？

追答

针对上述问题逐一回答： 1 因为安培力是阻力，和重力的方向相反。 2 重力势能肯定减少，因为高度降低。动能增加（不解释了吧），热能增加（磁通量变化率变大）。其实增加一个外力F向下拉杆就相当于把重力变大。 3 增益就是增强原来的有益作用，也就是该题目中的重量大小。同2。 4 对的，重力势能转化为动能当然和热能没有关系，重力使它运动嘛。至于“因为热能是安培力做负功产生的”，这个可以这样理解，没有问题。

追问

既然如此，那为什么重力势能还会转化为热能

追答

一种能量可以同时转化为多种能量。例如电灯，电能同时转化为令灯泡发热的热能和发光的光能；再比如辐射到地球上的太阳能可以有各种各样的转换方式而且同时发生。所以题目中重力势能同时转化为下落的动能和电路消耗的内能（热能）。