洛仑兹力的本质究和应用.docVIP

PAGE PAGE 11 洛伦兹力的本质探究及应用 摘要：本文在分析比较前人对洛伦兹力认识的基础之上，经过多次对洛伦兹力的研究及翻阅多本关于洛伦兹力的书,对洛伦兹力性质的不足之处，推导过程，做功情况及作用效果，以及洛伦兹力与相关力的比较分析等方面进行了补充说明，再总结运用洛伦兹力的有关解题方法与步骤，最后利用洛伦兹力的知识解答相关例题，以此对洛伦兹力的本质及应用进行诠释。 关键字：洛伦兹力；电场力 ；安培力 ；带电粒子；磁场 0 绪论 关于洛伦兹力的本质这个话题有很多人已经去研究过，其中写得最全面的是贠红燕的《怎样正确理解洛伦兹力》这一文。该文中提到洛伦兹力是磁场对运动电荷的力，属于场力性质, 是宇宙中万有引力、电磁力、强力、弱力这四种基本作用力中的电磁力, 它是由磁场传递作用的。且洛伦兹力是一个矢量,是它的标量式, 角度的一个重要意义就是反应了各矢量间方向的关系, 式中θ是两矢量间的角度, 就反应了力的大小与两矢量方向间的具体关系[1]。但是这一文也有不足之处，很多观点只给出了结论，没写出得出结论的过程，及怎样有效地和相关力（安培力，电场力等）分开记忆并合理利用它来求解相关知识的习题等问题。本文就从这些问题入手，先分析总结前人的不足，提出自己的见解，再分析总结洛伦兹力，最后合理利用相关知识求解洛伦兹力的相关习题入手。对洛伦兹力进行了一个全面的阐述。 1 前人对洛伦兹力本质的分析 1.1 洛伦兹力的来历及大小 荷兰物理学家 HYPERLINK /view/5802.htm \t _blank 洛伦兹（1853－1928）首先提出了运动电荷产生 HYPERLINK /view/351.htm \t _blank 磁场和磁场对运动电荷有 HYPERLINK /view/555598.htm \t _blank 作用力的观点，为纪念他，人们称这种力为洛伦兹力。其表达式为： 。电磁场与带电物质之间有密切的联系，其表现在：静止电荷Q受到静电场作用力为,而对于粒子电荷为q，速度为v的单个带电粒子来说，受到的电磁场的作用力为，则对带电粒子的系统来说，所受电磁场的作用力为：。这公式称为洛伦兹力公式，适用于任意运动的带电粒子[2]。 1.2 洛伦兹力的定义 在电磁学中，洛伦兹力F为磁场对运动电荷q的作用力，即运动电荷在磁场中所受到的力称为洛伦兹力。其矢量式 式中v是电荷的运动速度。在中学物理中，一般考虑电荷的运动速度与磁场方向垂直(电荷的运动速度与磁场方向平行时，垂直方向无磁感应强度分量，则所受洛伦兹力0)的情况。所以上式变为，可见洛伦兹力只改变电荷速度v 的方向，而不改变其大小，即洛伦兹力永远不会对运动电荷做功[3]。 1.3 洛伦兹力的性质 洛伦兹力是磁场对运动电荷的力，属于场力性质，是宇宙中万有引力、电磁力、强力、弱力这四种基本作用力中的电磁力，是由磁场传递作用的。洛伦兹力是一个矢量规律，它的矢量表达式为，是它的标量式，角度θ的一个重要意义就是反应了各矢量间方向的关系，式中θ是两矢量间的角度，就反应了力的大小与两矢量方向间的具体关系。当θ=90°即垂直时，有为最大的式子。 以下是洛伦兹力的性质特征： (1)在 HYPERLINK /view/65661.htm \t _blank 国际单位制中，洛伦兹力的单位是 HYPERLINK /view/1511.htm \t _blank 牛顿，符号是N。 (2)洛伦兹力方向总与运动方向垂直。 (3)洛伦兹力永远不做功（在无束缚情况下）。 (4)洛伦兹力不改变运动电荷的速率和动能，只能改变电荷的运动方向使之偏转[4]。 1.4 洛伦兹力的产生条件及方向判断 有运动电荷q，运动粒子的速度不为零且速度方向不与磁感应强度方向平行时即受到洛伦兹力，而受到电场力的条件为必须有电场及电荷Q。 伸开左手，四指并拢且与大拇指在同一个平面，让 HYPERLINK /view/103501.htm \t _blank 磁感线垂直穿过手掌心，四指指向正电荷的运动方向，则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。但须注意，运动电荷是正的，大拇指的指向即为洛伦兹力的方向。反之，如果运动电荷是负的，仍用四指表示电荷运动方向，那么大拇指的指向的反方向为洛伦兹力方向。另一种对负电荷应用左手定则的方法是认为负电荷相当于反向运动的正电荷，用四指表示负电荷运动的反方向，那么大拇指的指向就是洛伦兹力方向。洛伦兹力的方向既垂直于磁感应强度的方向，又垂直于运动电荷速度的方向，即洛伦兹力总是垂直于磁感应强度和运动电荷速度所在的平面。 1.5 洛伦兹力的力方向与磁场方向的关系 洛伦兹力的力方向与场方向的关系是洛伦兹力的方向垂直于磁场强度方向，且洛伦兹力的方向垂直于速度方向，与电