洛侖茲力的本質(zhì)探究和應(yīng)用.doc

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1、洛倫茲力的本質(zhì)探究及應(yīng)用摘要：本文在分析比較前人對(duì)洛倫茲力認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)之上，經(jīng)過(guò)多次對(duì)洛倫茲力的研究及翻閱多本關(guān)于洛倫茲力的書(shū),對(duì)洛倫茲力性質(zhì)的不足之處，推導(dǎo)過(guò)程，做功情況及作用效果，以及洛倫茲力與相關(guān)力的比較分析等方面進(jìn)行了補(bǔ)充說(shuō)明，再總結(jié)運(yùn)用洛倫茲力的有關(guān)解題方法與步驟，最后利用洛倫茲力的知識(shí)解答相關(guān)例題，以此對(duì)洛倫茲力的本質(zhì)及應(yīng)用進(jìn)行詮釋。關(guān)鍵字：洛倫茲力；電場(chǎng)力；安培力；帶電粒子；磁場(chǎng)0緒論關(guān)于洛倫茲力的本質(zhì)這個(gè)話題有很多人已經(jīng)去研究過(guò)，其中寫(xiě)得最全面的是贠紅燕的《怎樣正確理解洛倫茲力》這一文。該文中提到洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)

2、運(yùn)動(dòng)電荷的力，屬于場(chǎng)力性質(zhì),是宇宙中萬(wàn)有引力、電磁力、強(qiáng)力、弱力這四種基本作用力中的電磁力,它是由磁場(chǎng)傳遞作用的。且洛倫茲力是一個(gè)矢量,是它的標(biāo)量式,角度的一個(gè)重要意義就是反應(yīng)了各矢量間方向的關(guān)系,式中θ是兩矢量間的角度,就反應(yīng)了力的大小與兩矢量方向間的具體關(guān)系[1]。但是這一文也有不足之處，很多觀點(diǎn)只給出了結(jié)論，沒(méi)寫(xiě)出得出結(jié)論的過(guò)程，及怎樣有效地和相關(guān)力（安培力，電場(chǎng)力等）分開(kāi)記憶并合理利用它來(lái)求解相關(guān)知識(shí)的習(xí)題等問(wèn)題。本文就從這些問(wèn)題入手，先分析總結(jié)前人的不足，提出自己的見(jiàn)解，再分析總結(jié)洛倫茲力，最后合理利用相關(guān)知識(shí)求解洛

3、倫茲力的相關(guān)習(xí)題入手。對(duì)洛倫茲力進(jìn)行了一個(gè)全面的闡述。1前人對(duì)洛倫茲力本質(zhì)的分析1.1洛倫茲力的來(lái)歷及大小荷蘭物理學(xué)家洛倫茲（1853－1928）首先提出了運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力的觀點(diǎn)，為紀(jì)念他，人們稱(chēng)這種力為洛倫茲力。其表達(dá)式為：。電磁場(chǎng)與帶電物質(zhì)之間有密切的聯(lián)系，其表現(xiàn)在：靜止電荷Q受到靜電場(chǎng)作用力為,而對(duì)于粒子電荷為q，速度為v的單個(gè)帶電粒子來(lái)說(shuō)，受到的電磁場(chǎng)的作用力為，則對(duì)帶電粒子的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，所受電磁場(chǎng)的作用力為：。這公式稱(chēng)為洛倫茲力公式，適用于任意運(yùn)動(dòng)的帶電粒子[2]。1.2洛倫茲力的定義在電磁學(xué)中

4、，洛倫茲力F為磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷q的作用力，即運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中所受到的力稱(chēng)為洛倫茲力。其矢量式式中v是電荷的運(yùn)動(dòng)速度。在中學(xué)物理中，一般考慮電荷的運(yùn)動(dòng)速度與磁場(chǎng)方向垂直(電荷的運(yùn)動(dòng)速度與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，垂直方向無(wú)磁感應(yīng)強(qiáng)度分量，則所受洛倫茲力0)的情況。所以上式變?yōu)?，可?jiàn)洛倫茲力只改變電荷速度v的方向，而不改變其大小，即洛倫茲力永遠(yuǎn)不會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功[3]。1.3洛倫茲力的性質(zhì)洛倫茲力是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的力，屬于場(chǎng)力性質(zhì)，是宇宙中萬(wàn)有引力、電磁力、強(qiáng)力、弱力這四種基本作用力中的電磁力，是由磁場(chǎng)傳遞作用的。洛倫茲力是一個(gè)矢量規(guī)律，它的

5、矢量表達(dá)式為，是它的標(biāo)量式，角度θ的一個(gè)重要意義就是反應(yīng)了各矢量間方向的關(guān)系，式中θ是兩矢量間的角度，就反應(yīng)了力的大小與兩矢量方向間的具體關(guān)系。當(dāng)θ=90°即垂直時(shí)，有為最大的式子。以下是洛倫茲力的性質(zhì)特征：(1)在國(guó)際單位制中，洛倫茲力的單位是牛頓，符號(hào)是N。(2)洛倫茲力方向總與運(yùn)動(dòng)方向垂直。(3)洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功（在無(wú)束縛情況下）。(4)洛倫茲力不改變運(yùn)動(dòng)電荷的速率和動(dòng)能，只能改變電荷的運(yùn)動(dòng)方向使之偏轉(zhuǎn)[4]。1.4洛倫茲力的產(chǎn)生條件及方向判斷有運(yùn)動(dòng)電荷q，運(yùn)動(dòng)粒子的速度不為零且速度方向不與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向平行時(shí)即受到洛

6、倫茲力，而受到電場(chǎng)力的條件為必須有電場(chǎng)及電荷Q。伸開(kāi)左手，四指并攏且與大拇指在同一個(gè)平面，讓磁感線垂直穿過(guò)手掌心，四指指向正電荷的運(yùn)動(dòng)方向，則和四指垂直的大拇指所指方向即為洛倫茲力的方向。但須注意，運(yùn)動(dòng)電荷是正的，大拇指的指向即為洛倫茲力的方向。反之，如果運(yùn)動(dòng)電荷是負(fù)的，仍用四指表示電荷運(yùn)動(dòng)方向，那么大拇指的指向的反方向?yàn)槁鍌惼澚Ψ较?。另一種對(duì)負(fù)電荷應(yīng)用左手定則的方法是認(rèn)為負(fù)電荷相當(dāng)于反向運(yùn)動(dòng)的正電荷，用四指表示負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向，那么大拇指的指向就是洛倫茲力方向。洛倫茲力的方向既垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，又垂直于運(yùn)動(dòng)電荷速度的

7、方向，即洛倫茲力總是垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)電荷速度所在的平面。1.5洛倫茲力的力方向與磁場(chǎng)方向的關(guān)系洛倫茲力的力方向與場(chǎng)方向的關(guān)系是洛倫茲力的方向垂直于磁場(chǎng)強(qiáng)度方向，且洛倫茲力的方向垂直于速度方向，與電荷的電性無(wú)關(guān)。2對(duì)前人觀點(diǎn)的補(bǔ)充與說(shuō)明以上是前人對(duì)洛倫茲力性質(zhì)的說(shuō)法，我認(rèn)為還有其不足之處，經(jīng)過(guò)多次對(duì)洛倫茲力的研究及翻閱多本關(guān)于洛倫茲力的書(shū)，我從洛倫茲力的性質(zhì)入手，分別從它的性質(zhì)不足之處；推導(dǎo)過(guò)程；洛倫茲力做功情況；以及洛倫茲力與相關(guān)力（安培力，電場(chǎng)力）的比較分析中更全面的概述了洛倫茲力的本質(zhì)。2.1洛倫茲力的性質(zhì)電流的本質(zhì)

8、是電荷的定向運(yùn)動(dòng)，從而有可能通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)既要激發(fā)磁場(chǎng)，又要接受磁場(chǎng)的作用。為了定量的研究磁場(chǎng)，這可從靜電場(chǎng)的定義取得借鑒。之前用對(duì)靜電場(chǎng)下了定義。這樣定義的之所以能夠反映靜電場(chǎng)的性質(zhì)，是因?yàn)閹?kù)倫定律保證：若位于場(chǎng)點(diǎn)P的靜止試探電荷從q改為kq，則它所受的電