对《洛伦兹力做功微探》一文观点的商榷

方林

(巢湖市第四中学 安徽 巢湖 238000)

贵刊在2010年第9期刊登的《洛伦兹力做功微探》一文[1]，提出在以相对磁场运动的参考系中洛伦兹力会做功的观点，值得推敲.笔者有几点不同的想法，提出来商榷.

首先，“以磁场为参考系”的说法值得商榷.众所周知，电磁场是一种能量的表现形式，是电磁作用的媒介物，具有能量和动量，是物质存在的一种形式，但它们不能作为普通物体运动状态的对比参考系；这是物理学的一个基本观点，也是场与实物的区别之一.因为场一旦被场源(磁体或载流线圈)激发，就是一种独立于场源的客观实体，不论对什么参考系，它在真空中总是以光速运动，场源的运动与场的运动不是一回事，故不能说成是“以磁场为参考系”.

其次，文中将带电小球与导线中电子做类比；指出在电磁感应实验中，不管导线是否运动，只要导线切割磁感线，闭合电路中总能产生感应电流.从而进一步得出结论：在本题中由于磁场运动，带电小球必受垂直向上的洛伦兹力，故小球能离开绝缘直管.实际上，磁场的源与闭合导线回路的相对运动所产生的感应电动势包括两种原因不同的感应电动势.场源静止时，运动导线回路中的感应电动势属于动生电动势；场源运动导致磁场变化时，静止回路中产生的感应电动势属于感生电动势.这里的静止和运动都是相对观察者或实验室参考系而言的.根据运动的相对性，抹煞这里静止和运动的区别是不妥当的.因而，所谓“运动的场源产生的磁场对静止导线中的电荷有洛伦兹力作用”、“静止”的磁场在运动导体中引起感应电场之类的说法都是不正确的.这就是说，对于一个给定的参考系，动生电动势和感生电动势是两种独立的现象.同样，把回路相对实验室参考系或场源的运动说成是回路相对磁场的运动，或者把场源相对实验室参考系的运动说成是场相对导线回路的运动都是不妥当的.因而所谓“磁场的源运动时，磁感线也跟着运动，因而引起回路的磁感线变化或运动的磁感线切割导线”等说法都是不妥当的[2].

再次，磁场的基本性质是对处于磁场中的磁体、电流、运动电荷有力的作用;而这些力都是通过磁场来传递的.磁场对运动电荷所产生的力实质上是由运动电荷自身激发磁场，从而受到原磁场通过磁场施加给它的洛伦兹力作用，也就是说电荷必须运动激发磁场才能与原磁场B有相互作用.这里所说电荷的运动是以什么为参考系呢?这就要考虑公式F=qvB中的电荷运动的速度问题.速度具有相对性，选择不同的参考系，会有不同的结果.常有下列几种看法：

(1)电荷相对于磁场的速度；

(2)通电导线中的电荷相对于导体的速度；

(3)电荷相对于观察者或实验室参考系的速度.

如果磁场和观察者相对静止，这三种理解是等效的.但在一般情况下，(1)、(2)的理解是错误的;只有第(3)种理解是正确的(证明过程可参照参考文献[3]).所以从洛伦兹力产生的本质上来讲，第一，既然公式中的v理解为“相对于观察者或实验室参考系”所静止的那个参考系的速度，按照这个思路，磁场尽管水平向左运动，但带电小球处于静止，不激发磁场，即带电小球不会受到洛伦兹力，也就无所谓做功问题；第二，洛伦兹力的方向总是与运动电荷的速度方向垂直，也能说明洛伦兹力对电荷永不做功，这一点文中在进一步探讨后也加以证实.

参考文献

1 李中玉.洛伦兹力做功微探.物理通报，2010(9)：78～79

2 贾起明，郑永令，陈暨耀.电磁学.北京：高等教育出版社，2001.218

3 刘力.速度v的参照系该选哪一个.海南广播电视大学学报，2001(4)：46～48