對《洛倫茲力做功微探》一文觀點的商榷

方林

(巢湖市第四中學(xué) 安徽 巢湖 238000)

貴刊在2010年第9期刊登的《洛倫茲力做功微探》一文[1]，提出在以相對磁場運動的參考系中洛倫茲力會做功的觀點，值得推敲.筆者有幾點不同的想法，提出來商榷.

首先，“以磁場為參考系”的說法值得商榷.眾所周知，電磁場是一種能量的表現(xiàn)形式，是電磁作用的媒介物，具有能量和動量，是物質(zhì)存在的一種形式，但它們不能作為普通物體運動狀態(tài)的對比參考系；這是物理學(xué)的一個基本觀點，也是場與實物的區(qū)別之一.因為場一旦被場源(磁體或載流線圈)激發(fā)，就是一種獨立于場源的客觀實體，不論對什么參考系，它在真空中總是以光速運動，場源的運動與場的運動不是一回事，故不能說成是“以磁場為參考系”.

其次，文中將帶電小球與導(dǎo)線中電子做類比；指出在電磁感應(yīng)實驗中，不管導(dǎo)線是否運動，只要導(dǎo)線切割磁感線，閉合電路中總能產(chǎn)生感應(yīng)電流.從而進一步得出結(jié)論：在本題中由于磁場運動，帶電小球必受垂直向上的洛倫茲力，故小球能離開絕緣直管.實際上，磁場的源與閉合導(dǎo)線回路的相對運動所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢包括兩種原因不同的感應(yīng)電動勢.場源靜止時，運動導(dǎo)線回路中的感應(yīng)電動勢屬于動生電動勢；場源運動導(dǎo)致磁場變化時，靜止回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢屬于感生電動勢.這里的靜止和運動都是相對觀察者或?qū)嶒炇覅⒖枷刀缘?根據(jù)運動的相對性，抹煞這里靜止和運動的區(qū)別是不妥當(dāng)?shù)?因而，所謂“運動的場源產(chǎn)生的磁場對靜止導(dǎo)線中的電荷有洛倫茲力作用”、“靜止”的磁場在運動導(dǎo)體中引起感應(yīng)電場之類的說法都是不正確的.這就是說，對于一個給定的參考系，動生電動勢和感生電動勢是兩種獨立的現(xiàn)象.同樣，把回路相對實驗室參考系或場源的運動說成是回路相對磁場的運動，或者把場源相對實驗室參考系的運動說成是場相對導(dǎo)線回路的運動都是不妥當(dāng)?shù)?因而所謂“磁場的源運動時，磁感線也跟著運動，因而引起回路的磁感線變化或運動的磁感線切割導(dǎo)線”等說法都是不妥當(dāng)?shù)腫2].

再次，磁場的基本性質(zhì)是對處于磁場中的磁體、電流、運動電荷有力的作用;而這些力都是通過磁場來傳遞的.磁場對運動電荷所產(chǎn)生的力實質(zhì)上是由運動電荷自身激發(fā)磁場，從而受到原磁場通過磁場施加給它的洛倫茲力作用，也就是說電荷必須運動激發(fā)磁場才能與原磁場B有相互作用.這里所說電荷的運動是以什么為參考系呢?這就要考慮公式F=qvB中的電荷運動的速度問題.速度具有相對性，選擇不同的參考系，會有不同的結(jié)果.常有下列幾種看法：

(1)電荷相對于磁場的速度；

(2)通電導(dǎo)線中的電荷相對于導(dǎo)體的速度；

(3)電荷相對于觀察者或?qū)嶒炇覅⒖枷档乃俣?

如果磁場和觀察者相對靜止，這三種理解是等效的.但在一般情況下，(1)、(2)的理解是錯誤的;只有第(3)種理解是正確的(證明過程可參照參考文獻[3]).所以從洛倫茲力產(chǎn)生的本質(zhì)上來講，第一，既然公式中的v理解為“相對于觀察者或?qū)嶒炇覅⒖枷怠彼o止的那個參考系的速度，按照這個思路，磁場盡管水平向左運動，但帶電小球處于靜止，不激發(fā)磁場，即帶電小球不會受到洛倫茲力，也就無所謂做功問題；第二，洛倫茲力的方向總是與運動電荷的速度方向垂直，也能說明洛倫茲力對電荷永不做功，這一點文中在進一步探討后也加以證實.

參考文獻

1 李中玉.洛倫茲力做功微探.物理通報，2010(9)：78～79

2 賈起明，鄭永令，陳暨耀.電磁學(xué).北京：高等教育出版社，2001.218

3 劉力.速度v的參照系該選哪一個.海南廣播電視大學(xué)學(xué)報，2001(4)：46～48