浅谈高中物理中洛伦兹力与安培力

伍沛胥

摘要：在高中物理磁场学的学习过程中，发现了洛伦兹力与安培力存在某种联系，进而本文对安培力与洛伦兹力的产生进行研究探讨，并对两者联系进行深入分析。得出了洛伦兹力是微观实在，而安培力是宏观表现的结论。同时，分析洛伦兹力虽然不做功但是可以进行能量转化的原因。提出了在高中物理的学习过程中要学会利用网络资源，对课本知识进行延伸拓展。

关键词：高中物理；洛伦兹力；安培力；网络

一、安培力的探究

（一）探究安培力的作用

安培力是磁场对其中的通电导线作用的力。它的大小是由磁场强度、电流大小、感应导线、通电导线与磁感线角度共同决定。通电直导线所受的安培力的作用点并不在导线重心，而是平均分布在导体上，只是为便于受力分析而画于重心。只考虑到导体静止时，安培力为所有电子受洛伦兹力总和；但在载流导体运动时，电流元内所有电荷的总和就是安培力[3]。

（二）探究安培力的实验

在实验过程中，选择的磁场是蹄形磁铁磁场，将阴极射线管和高压线圈当作运动电荷，这样可以更好地展现出实验现象。进行两种不同情况的实验，第一种情况，不使用蹄形磁铁，即没有磁场的作用，再进行试验，最后观察电子的运动轨迹；第二种情况，使用蹄形磁铁，即有磁场作用，再进行试验，最后得出电子束的运动。在进行试验之后，可以得出相关结论：磁场使阴极射线管中的电子束发生偏转，运动的电荷会受到磁场的作用。

二、洛仑兹力的探究

（一）定义及其公式推导

在历史上，洛伦兹提出了运动中的电荷会受到磁场的作用。因此，将磁场对所处其中的运动电荷的作用力命名为洛伦兹力。洛伦兹力作用点位于运动电荷上。洛伦兹力的表达形式可以表达为：F=。为了推出这个公式，第一个方案，可以进行假设，让运动的电荷在磁场中以速度作直线运动，它的运动时间设为，从而推导出=，L=vt，F=，F=；第二个方案，将一根长度为的导线放入磁场，形成的横截面积设为S，每一个单位体积里面的电荷的数目设成，电荷带的电量设成，速度为，那么可以知道导线中的电流为==，其中t=，可以求得I=。由定义可知，那么导线所受到的安培力可以表示为：，把带入可得，安培力的表达形式为F=（）BL。安培力可以理解为导线中的每一个电荷受到的洛伦兹力的合力，导线中所含的运动电荷的总数可以表示为，即洛伦兹力?电荷总数=安培力。推导过程中必须具备一定的前提条件：。

（二）洛伦兹力左手定则

可以通过左手定则来判断洛伦兹力的方向，电荷的移动形成了电流，电流会受到磁场力的作用[1]。判断洛伦兹力的时候，最常用的方法就是摊开左手，手掌方向与磁感线垂直，让其穿过，四指方向与正电荷的流动方向一致，大拇指的指向即洛伦兹力的方向。其中特别要注意的是电荷的正负，如果是负电荷，那么洛伦兹力的方向则相反。

三、洛仑兹力与安培力

（一）探究洛伦兹力与安培力的关系

可以将安培力理解为是所有电荷受到的洛伦兹力的一个综合表现形式，而洛伦兹力是其中每个电荷受到的非常微小的力。电流是由于电子定向移动所产生的。设面积为S，通过其的电流为I，可以通过推导得出一个结论，那就是各个电子所受到的洛伦兹力的合力，就是安培力[2]。

（二）两者做功方面的差异

洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的作用，安培力是磁场对宏观通电导体的力。电子受到洛伦兹力的作用后会沿垂直速度方向产生加速度，宏观上就产生了垂直电流方向的安培力。将洛伦兹力沿安培力的方向做正交分解则安培力作为一个分力做正功，另一个分力做负功，他们的合力不做功。

（三）洛伦兹力传导能量

虽然洛伦兹力不做功，但其能进行能量的传导。电能通过磁场力转变成导体运动的动能，这是通过洛伦兹力的分力做功而相互转化来达成磁场能量守恒。从本质上看，能量转化是由洛伦兹力来实现[4]；并且洛伦兹力的宏观表现是安培力，所以安培力做功可以实现电能转化。

四、加强用网络环境的应用

如今的学习方式与以前有很大的不同，可以使用的学习资源是非常丰富的，学习渠道也非常多样化。可以有效地利用网络科技带来的优势，将其转换为学习的助力。学生对于新鲜事物的接受能力往往都是很强的，可以通过网络的课程学习，来提高学生的学习成绩，这样才能够使学生的物理学习更加具有效率。在学习运动电荷在磁场中的受力情况时，通过網络的形式可以去学习到更多课本外的知识。由上述分析得知洛伦兹力的宏观表现就是安培力，网上搜索后可以得到相应的动态图，也有相应的视频资源，用十分直观的形式对电子流动进行描述，让学生产生浓厚的兴趣，也更加容易理解。因此，应当学会去利用互联网资源，针对学习上遇到的难点和困惑的地方，寻找适合需要学习的内容，来对自我探索以及自学能力进行一定的提高。

结束语

本文通过力的三要素对安培力和洛伦兹力进行详细分析。论述了安培力探究实验以及通过两种方法对洛伦兹力进行推导。深入研究了洛伦兹力与安培力的区别与联系，帮助学生在今后的学习中能够仔细审题，并准确把握题目主要意思。同时，本文提出了学生要学会利用网络资源解决学习上遇到的困难，从而更好的提升自我学习能力。

参考文献：

[1]何永林.高中物理磁场相关知识教学的研究[D].苏州大学，2015.

[2]朱建洪.高中物理“磁场”一章情境教学研究[D].苏州大学，2015.

[3]马丽芹. 洛伦兹力与动生电动势产生机理的再探讨[J].科技视界，2014（35）.

[4]郑尚明. 浅谈洛伦兹力和安培力[A].新教育时代（2015年11月 总第5辑）[C]，2015.