淺析安培力和洛倫茲力

1、1引言引言洛倫茲力和安培力是電磁學(xué)中的兩個基本概念，洛倫茲力與安培力之間的關(guān)系是學(xué)習(xí)的重點也是難點。我們知道運動的電荷在磁場中受到的磁場力就是洛倫茲力，電荷的定向運動就會形成電流，而通電導(dǎo)線在磁場中受到的磁場力就是安培力那么洛倫茲力和安培力之間就必然存在某種聯(lián)系。許多“物理學(xué)”和“電磁學(xué)”書中大都對它們之間的關(guān)系做了或多或少的論述認為載流體在磁場中受到安培力的原因是：由于形成電流的所有定向運動的自由電子，在磁場中都受到洛倫茲力而做側(cè)向漂

2、移運動，不斷與晶格碰撞，將動量傳遞給導(dǎo)體晶格，因而導(dǎo)體便受到了安培力。有的書中還認為安培力是載流體中做定向運動的載流子在磁場中受到的洛倫茲力的疊加。那么洛倫茲力與安培力之間倒底有什么關(guān)系呢？既然安培力是洛倫茲力的疊加，那么為什么安培力做功而洛倫茲力不做功呢？安培力的微觀機制是什么呢？本文將以通電金屬棒為例對這些問題加以討論。3運動電荷在磁場中受到的磁場力叫洛倫茲力，即磁場對運動電荷的作用力。它是荷蘭物理學(xué)家洛倫茲首先提出了運動的電荷產(chǎn)生

3、磁場和磁場對運動電荷有作用力的觀點，因此人們就叫這種力為洛倫茲力。洛倫茲力的公式是＝q(適用條件：磁場是勻強磁場，與方向f??v?B??v?B??垂直）。式中q、分別是點電荷的電量和速度；是點電荷所在處的磁感應(yīng)強v?B??度。與方向不垂直時，洛倫茲力的大小是f＝｜q｜vBsin()，洛倫茲v?B??vB?力的方向遵循左手定則。1.31.3、安培力和洛倫茲力在大小上的聯(lián)系、安培力和洛倫茲力在大小上的聯(lián)系看到洛倫茲力時認為洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)

4、即為安培力，并對二者大小用公式得到證明。那么安培力和洛倫茲力是不是大小相等的呢？下面我們按照導(dǎo)體靜止和運動進行公式推導(dǎo)的證明看二者的大?。寒?dāng)導(dǎo)體靜止時：每個自由電荷的運動速度都是每個自由電荷受到的洛倫v?茲力大小是=q導(dǎo)體中的自由電荷總數(shù)N=nsl這些電荷受到的洛倫茲力f??v?B??為=N=qnsl=。所以導(dǎo)體靜止時安培力等于洛倫茲力的合力。F??f??B??v?F?????安當(dāng)導(dǎo)體運動時：設(shè)導(dǎo)體以向右大小為的速度運動，此時自由電荷的

5、運動速度u?為()每個自由電荷受到的洛倫茲力為=q()總的自由電荷受到v?u?f??v?u?B??的洛倫茲力為=qnsl()。而導(dǎo)體受到的安培力為=qnsl，因F??v?u?B??F?????安v?B??此在導(dǎo)體運動時安培力不等于洛倫茲力。第二章第二章安培力和洛倫茲力做功的討論安培力和洛倫茲力做功的討論2.12.1、安培力做功的淺論、安培力做功的淺論在中學(xué)物理課本上我們知道運動電荷在磁場中受到的洛倫茲力是和受力電荷的運動方向垂直的，因此