探寻百慕大三角之谜——电磁能.doc

探寻百慕大三角之谜电磁能百慕大三角各种现象古怪的旋涡云团和光亮、绿光和磷光、电磁异常一连串飞机与轮船的失踪探寻百慕大三角之谜电磁能很可能是通向大自然更多惊人现象的大门，电磁能【题2】如右图所示，金属导轨宽0.4m，均匀变化的磁场，垂直穿过平面，方向如图甲，磁感应强度的变化规律如图乙，金属棒ab的电阻为1Ω，从t=0开始棒在水平力的作用下从导轨最左端以v=1m/s的速度向右匀速运动，其他电阻不计。求： (1)1s末外力的瞬时功率 (2) 1s末克服安培力的功率 (3) 1s末的电功率 析与解：(1)设由于回路磁通量发生变化产生的电动势为E1，由于导体切割磁感线运动产生的电动势为E2，则1s末回路的电动势 由于导体棒作匀速直线运动，外力与安培力始终相等 因此，1s末外力的瞬时功率为 (2) 外力与安培力始终相等，1s末克服安培力的功率为 (3) 因为克服安培力的功率等于转化成的电能，因此1s末的电功率为 点评：在上述过程中（1）、（2）的解法没有问题，但（3）中的解法其实是错误的！因为在这种情况下克服安培力的功率并不等于转化成的电功率。如果我们按照电功率的定义，运用闭合电路欧姆定律，1s末的电功率应该为 因此，1s末的电功率应该是，而克服安培力做的功（即外力做的功）为。电功率大于外力的功率，也就是说多了的能量，可是能量又是守恒的，那么多出来的电能又是从哪里来的呢？难道能量守恒定律在这里不适用吗？其实在整个能量分析的过程中，我们又是把参与转化的能量——电磁能遗忘了。 在这个题目中，如果磁场B恒定，导体棒运动，克服安培力做了功，其它形式的能转化为电能，克服安培力做了多少功就有多少其它形式的能转化为电能。但是，如果ab导轨固定在某个位置不动，而通过线圈的磁感应强度B随时间t发生变化时，回路中也会产生感应电流，安培力没有作功，外力也没有作功，但这个过程中的确“无中生有”产生了电能！其实这个电能就是由电磁能转化过来的，这个过程的本质是变化的磁场产生旋涡电场，是电磁能的转化。而这个题目的情景中，磁场B在变化，导体棒也在运动，这个过程中产生的电能一部分来自克服安培力作的功（），另一部分来自变化的电磁场中参与转化的电磁能（）。 二、模拟百慕哈奇森效应物体飞了起来？ 哈奇森是加拿大的一个业余物理爱好者，他喜欢一些奇怪的科学实验，他的家里摆满了实验用品。他可能与很多奇思妙想的科幻电影主角相似，唯一的不同是他这个人物并不是虚构的，他的实验。　　1979年的一天，哈奇森正在研究泰斯拉纵波(泰斯拉无线电之父)。由于实验场地有限，那些用来发射电磁场和波的设备，比如线圈、高频发生器等等，只能勉强塞入到一个小屋子里。哈奇森把所有机器都打开，然后安静地等待着他的实验结果。　　故事就这样开始了：哈奇森突然感到有个东西落在肩膀上，他斜眼一看，是块金属片，他也没怎么在意，把那金属片扔了回去，它却又飞了过来，打在他身上！这时哈奇森再观察屋里的其它动静他简直不敢相信自己的眼睛：放在地上的一根大铁棒竟然飞了起来，在空中悬浮了一秒钟，然后“砰”的一声，又摔到了地上！　　发生了什么？ 　　为了搞清楚真相，哈奇森一次次地重复他的实验，又有令人惊骇的现象发生。比如：物体持续飘浮起来，像木头、塑料、泡沫塑料、铜、锌，它们会在空中盘旋，来回穿梭，形成旋涡并且不断升起，甚至有些物体会以惊人的速度自动抛出，撞击到人身上。但这样的魔幻效应并不是时时都发生的，有时需要静静地等上好几天的时间才能看到一次，而在大多数时间里，没有任何异常状况发生。后来，通过对仪器不断地变换位置，比如光谱分析器、磁力计、盖格计数器(盖格计数器其实是辐射探测器的一种，可用来测量肉眼看不见的带电微粒)等仪器，哈奇森终于摸透了魔幻效应的“脾性”，可以很快制造出魔幻效应了。　　新奇现象接踵而来 　　进一步的实验还发现：由水泥和石头堆砌起来的屋子周围会突然起火；镜子自己碎裂，碎片能飞到100米之外！金属会卷曲、破裂，甚至会碎成面包屑状的粉末；不同的金属可以在室温下熔合在一起，有的金属可以变成果冻或泥的状态，当仪器所产生的场被撤走后，它们会重新变硬；空中出现光束，紧接着无数光环显现，与此同时，容器中的水开始打旋……真是闻所未闻，想都不敢想的事情！无数人都争抢着去看哈奇森的实验。哈奇森还向人们展示了无数实验中留下的样品那些被“劈”开的金属、被弯曲了的粗大钢条、从铝块中冒出来的硬币……　　上述这些奇特的现象就被称为“哈奇森效应”，哈奇森猜测，这种效应就是那些实验仪器的古怪组合而导致的，它们发射出的电磁波互相干涉，产生出某种奇特的能量，这些能量在某些特别的区域交叠，在这些区域中，物体会飘浮起来，多种材料会变形，物体还会莫名其妙地消失……但如此微弱的电磁力为何能够产生这般强大的力量？按照传统的知识经验，人们以为那么一点力并不会产生任