辨析：洛伦兹力与安培力

梁从丽

运动电荷在磁场中所受的力称为洛伦兹力，通电导线在磁场中所受的力称为安培力，这两个力分别从微观和宏观两个方面阐述了磁对电的力的作用，既有区别，又有联系。

一、洛伦兹力

1.洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力。洛伦兹力的公式为F=qvB。在国际单位制中，洛伦兹力的单位是牛顿，符号是N。洛伦兹力的特点是：方向总与运动方向垂直；洛伦兹力永远不做功（有束缚时，洛伦兹力的分力可以做功，但其总功一定为零）；洛伦兹力不改变运动电荷的速率和动能，只能改变电荷的运动方向使之偏转。

2.洛伦兹力方向的判断：将左手摊平，让磁感线穿过手掌心，四指表示正电荷运动方向，则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。

注意：运动电荷是正的，大拇指的指向即为洛伦兹力的方向；反之，如果运动电荷是负的，仍用四指表示电荷运動方向，那么大拇指的指向的反方向为洛伦兹力方向。另一种对负电荷应用左手定则的方法是认为负电荷相当于反向运动的正电荷，即用四指表示负电荷运动的反方向，那么大拇指的指向就是洛伦兹力方向。

例1图1是表示磁场磁感应强度B、负电荷运动方向v和磁场对电荷作用力f的相互关系图像，其中正确的是（B、v、f两两垂直）（）。

解析：根据洛伦兹力方向的判断规则，伸出左手并将手掌摊平，让磁感线穿过手掌心，四指表示正电荷运动方向，则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。A图中，四指水平向左，因为这是负电荷在磁场中运动，此时洛伦兹力竖直向上，正确；同理，B图中四指竖直向下，此时洛伦兹力水平向左，正确；C图中四指穿过纸面向外，此时洛伦兹力水平向左，正确；D图中四指竖直向上，洛伦兹力穿过纸面向里，错误。答案为ABC。

点评：由左手定则可知四指指示正电荷运动的方向，当负电荷在运动时，四指指示的方向应与负电荷运动的速度方向相反。

图2

例2如图2所示，MN表示真空室中垂直于纸面放置的感光板，它的一侧有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B。一个电荷量为q的带电粒子从感光板上的狭缝O处以垂直于感光板的初速度v射入磁场区域，最后到达感光板上的P点。经测量P、O间的距离为l，不计带电粒子受到的重力。求：

点评：本题属于直接应用洛伦兹力计算公式解答的问题，要注意的是，本题还涉及带电粒子在磁场中的运动，分析清楚粒子刚刚进入磁场恰好做圆周运动，才知l就是该圆直径。

二、安培力

1.安培力是磁场对电流的作用力。通有电流为I、长为L的直导线，在匀强磁场B中受到的安培力大小F=ILBsinθ，其中θ为电流方向与磁场方向间的夹角。

例3如图3所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F。为使F=0，可以做的是（）。

A.加水平向右的磁场

B.加水平向左的磁场

C.加垂直纸面向里的磁场

D.加垂直纸面向外的磁场

解析：要使绳子的拉力变为零，加上磁场后，应使导线所受安培力等于导线的重力，由左手定则可判断，所加磁场方向应垂直纸面向里，导线所受安培力向上。答案为C。

点评：对于安培力的方向判断，我们除运用左手定则外，还可以运用力的平衡来进行辅助判断。

例4如图4所示，导线ab固定，导线cd与ab垂直且与ab相隔一段距离并可以自由移动， 试分析导线cd的运动情况。

解析：首先分析固定导线ab的磁感线的分布情况，如图5所示（用安培定则），然后再用左手定则分析导线cd在磁场中的受力方向，可以发现导线cd两侧的部分所受安培力F分别如图中所示，所以导线cd将沿顺时针方向转动，仔细留意一下就会发现，当导线cd转动时，两者的电流就有同向的成分，而同向电流相互吸引，所以导线cd在转动的同时还要向导线ab平移。

在白亮环境下长时间工作的人，视网膜和虹膜都会受到程度不同的损害。换言之，眼睛酸涩疲劳，其中很可能有办公环境的一份“功劳”。

点评：导线cd边转动边受到吸引力，且随着转动角度的增大，所受吸引力增大。转动和吸引是同时发生的，一转动就有吸引力，并不是转动以后才受到吸引力。

实际上，不论是电流与电流的作用还是电流与磁体的作用，如果发生这种转动（在磁场力作用下，不是外力作用下），其转动的必然结果是相互吸引，这是由能量守恒所决定的。利用这一特点，可快速判断此类问题。

三、洛伦磁力与安培力的联系与区别

1.洛伦兹力与安培力的联系。

（2）洛伦兹力是微观形式，安培力是宏观表现。洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现。安培力的实质是形成电流的定向移动的电荷所受洛伦兹力的合力。磁场对运动电荷有力的作用，这是从实验中得到的结论。同样，当电荷的运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力作用，也是从实验观察中得知的。当电流方向与磁场平行时，电荷的定向移动方向也与磁场方向平行，所受洛伦兹力为零，它们的合力安培力也为零。

2.洛伦兹力与安培力的区别。

（1）尽管安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现，但也不能认为定培力就简单地等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才能这样认为。

（2）尽管洛伦兹力和安培力的方向都由左手定则判定，但它们又是有区别的。安培力方向判定的左手定则中，四指指向电流方向；而洛伦兹力方向判定的左手定则却是四指指向正电荷的运动方向，负电荷受力与正电荷受力方向相反。

（3）洛伦兹力对运动电荷恒不做功，安培力却可以做功。洛伦兹力不做功是因为力的方向与粒子的运动方向垂直，

（责任编辑张巧）