洛伦兹力概念的理解

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洛伦兹力的应用是高考物理里非常重要的知识点,该知识点更多会以带电粒子在磁场中运动形式考查。可以说,在历年高考中,粒子在磁场中受洛伦兹力作用做匀速圆周运动,是必考热点也是难点。对广大考生来说,该知识点是非常棘手的。本文无忧物理学习网将针对洛伦兹力的概念进行简要梳理。

洛伦兹力概念

所谓洛伦兹力,就是磁场对运动电荷的作用力。

洛伦兹力公式

事实上,洛伦兹力公式是根据安培力公式推导出来的。从微观角度上,安培力就是大量电荷做定向移动时所受洛伦兹力的矢量和。推导过程如下:

洛伦兹力概念的理解

如图所示,设导体长度为l,电流为I,导体单位体积内分子数为n,横截面积为s电荷定向移动的速度为v,每个电荷的电荷为q

先推导微观上电流的表达式:由I=Q/t可知

I=nslq/t=nsqv

宏观上通电导体的安培力表达式:

F=BIl

从微观上来说,安培力表达变形得:

F=Bnsqvl

长为L的导体内电荷的总数为N,则有

N=lsn

由矢量的叠加原理知,F=Nf,即

f=F/N=qvB

所以可以说,安培力是洛伦兹力的宏观表现,而洛伦兹力则是安培力的微观本质。但两者又有区别。安培力可以做功,也可以不做功,既可以做正功,也可以做负功,而洛伦兹力对运动电荷永远不做功。

几点说明

1f=qvB公式成立条件:Bv,由于q有正负,但是代公式时只代绝对值到公式里面。

2、如果Bv不垂直,此时洛伦兹力表达式为:f=qvBsinθ

(1)θ=900时,f=qvB

(2)θ=00B//v时,f=0

洛伦兹力特点

由于洛伦兹力永远垂直电荷运动方向,故对运动电荷永远不做功。

洛伦兹力方向

凡是磁场力的判断,都是遵循左手定则,比如安培力方向,当然洛伦兹力的方向也不例外。具体的判断方法是:伸开左手,使大拇指与四指垂直,并且都与掌心在同一个平面内。让磁感线垂直穿过掌心,并使四指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向,这时大拇指所指方向就是电荷所受的洛伦兹力方向了。

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