洛倫茲力做功特點應(yīng)用探析

白嘉

【摘 要】眾人皆知，由于洛倫茲力同運動電荷的速度方向一直保持垂直狀態(tài)從而對運用電荷永遠(yuǎn)都不做功。針對“洛倫茲力做不做功”這一問題的相關(guān)文獻(xiàn)有許多，最后大都以永不做功為結(jié)論。此文首先分析了洛倫茲力做功的特點，然后依據(jù)其特點對一些問題展開了分析，最后又分析了洛倫茲力不做功應(yīng)用時容易產(chǎn)生的錯誤。

【關(guān)鍵詞】洛倫茲力；做功；特點；應(yīng)用；錯誤

洛倫茲力的概念可以劃分為兩種，第一個是指在電磁場內(nèi)，運動電荷所承受的電場力和磁場力的矢量和；第二個是指在磁場內(nèi)，運動電荷所受的力，便是磁場對運動電荷的作用力。通常情形下，人們所說的洛倫茲力是第二種。關(guān)于洛倫茲力的公式，表示為F=QvB。第一個提出洛侖磁力的觀點的人是洛倫茲，他在一八九五年創(chuàng)造出經(jīng)典電子論的時候，作為基本假定而提出的，之后被眾多的實驗結(jié)果所證實。他是一名物理學(xué)家來自于荷蘭，之所以命名為“洛倫茲力”也是為了紀(jì)念他。

一、洛倫茲力做功的特點

在任何時間里，洛倫茲力都垂直于速度方向，洛倫茲力不做功于帶電粒子，它僅僅是能夠令帶電粒子的運動發(fā)生變化，不能夠令帶電粒子的速率以及動能發(fā)生變化。

二、依據(jù)洛倫茲力的做功特征，運用“能”的觀點對問題進(jìn)行解決

在復(fù)合場當(dāng)中，帶電粒子進(jìn)行繁復(fù)的曲線運動的時候，如若不關(guān)乎到求時間的問題，一般情況下能夠從能的角度出發(fā)，有助于問題的有效解決。

例1：如圖所示，粒子的質(zhì)量是m，帶電量是+q，從兩個平行電極板的正中心位置與磁場的方向相垂直，用速度是v飛入，已經(jīng)給出兩個平行電極板之間的距離是d，磁感應(yīng)的強(qiáng)度是B，這個時候，粒子正好可以直線穿越磁場與電場的范疇（忽略重力），現(xiàn)在增加磁感應(yīng)的強(qiáng)度到某一個數(shù)值，那么它便會降到電極板之上，求：粒子降落到極板上的動能。

解析：材料當(dāng)中設(shè)立了兩個物理情境，起初是粒子選擇器模型，在粒子所受的洛倫茲力和電場力是相等的時候，就是qvB=Eq，粒子不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)增大磁感應(yīng)強(qiáng)度到某一數(shù)值之后，洛倫茲力比電場力要大，粒子開始往下偏轉(zhuǎn)，然而不是類平拋運動，由于洛倫茨磁的方向不是恒定的，它是始終有變化的，不可以使用運動的合成及分解處理，而且也不是圓周運動，在進(jìn)行處理時從力與運動的方向出發(fā)并不容易，可以依據(jù)洛倫茲力不做功這一特征，在處理時采用“能量觀點”。在這一系列的過程當(dāng)中，電場力做功是，將末動能設(shè)為Ek，運用動能定理可列方程：，解得.

三、洛倫茲力不做功應(yīng)用情況下容易產(chǎn)生的錯誤分析

1.洛倫茲力不做功，然而能夠引發(fā)其余的力做功發(fā)生改變

例如：如圖所示，粗劣的傾斜平面上端有一個物體，它帶正電荷，它從上端運動到底部所用的速度是v，如果再增加一個磁場，這個磁場與紙面互垂并且指向讀者，那么物體運動至底部的速度將會大于v，小于v或是與v相等還是不能明確？

錯解：與v相等。

解析：之所以做錯是因為一些學(xué)生以為洛倫茲力不做功所以就會覺得等于v，實際上，即使洛倫茲力不做功，然而伴隨物體與磁場相垂往下運動，如果加上磁場，便會令彈力小于沒有加上磁場的時候，滑動摩擦力以及運動到底部的摩擦力做功變小，那么運動到底部的動能增加，速率也就變大，所以速度比v大。

2.洛倫茲力不做功并不是不令物體的運動情況轉(zhuǎn)變

例如：如上圖所示，用水平速度v0將一個小球在豎直絕緣的平面上拋下去（小球帶有正電），降落到了地面上的位置A處，如果加上一個與平面相垂直方向向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場，那么小球的降落位置是依舊在A處，還是在A的左邊或右邊，或者是不能明確？

錯解：依舊在A處。

解析：之所以做錯的原因是許多學(xué)生以為洛倫茲力不做功，不會令小球的運動情況發(fā)生變化，所以依舊會落至A處。實際上，即使洛倫茲力不做功，還會可以令小球運動狀態(tài)發(fā)生改變，能夠轉(zhuǎn)變速度的方向，球體在做曲線的運動的過程當(dāng)中任何一個地點的受力現(xiàn)象如下圖所示：

這個時候，小球被斜向上的洛倫茲力作用，在豎直方向的加速度，所以會令小球平拋的時間加長，降落的點應(yīng)當(dāng)位于A點的右邊。

四、結(jié)束語

通過以上分析，洛倫茲力永不做功這一論斷通常都是在以磁場作為參考的推論下，所以，應(yīng)當(dāng)是在參考磁場時，洛倫茲力永不做功。因此，在實際的講授當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)對洛倫茲力做功的條件加以強(qiáng)調(diào)，適當(dāng)對學(xué)生們加以疏導(dǎo)，避免他們產(chǎn)生混亂的思想，充分運用歷年的有關(guān)試題，有助于他們對洛倫茲力這一內(nèi)容相關(guān)知識的深入掌握。

參考文獻(xiàn)：

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