运动电荷在磁场中受到的力

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在前面学习了通电导线在磁场中受到的力 ,知道通电导线在磁场中会受到安培力的作用,我们已经知道了电流是由于电荷的定向移动产生的,在金属导体中,电子的定向移动形成电流,既然通电导线在磁场中才会受到安培力,是否说明了导线中的电子磁场中做定向移动时会受到力的作用,而所有电子受到的作用力宏观表现出导线受到的安培力呢?恭喜你说对了,其实就是这么回事,并且我们给带电粒子在磁场中受到力起了一个名字,叫做洛伦兹力,这是为了纪念伟大的物理学家洛伦兹

电荷的定向移动产生电流

其实安培力是洛伦兹力在宏观世界上的表现。


洛伦兹力

运动电荷在磁场中受到的力叫做洛伦兹力

洛伦兹力的方向判定——左手定则

左手定则:伸出左手,使大拇指与四指垂 直,让磁感线穿过掌心,四指指向正电荷运动的方向,此时大拇指所指的方向即为正电荷所受洛伦兹力的方向。

由左手定则可判断该正电荷所受洛伦兹力方向向下

如果在磁场中运动的电荷为负电荷,则负电荷所受洛伦兹力的方向与正电荷所受洛伦兹力的方向相反。(判断方向时可以先和正电荷一样用左手定则判断,最后如果是负电荷,那么方向就相反)

该负电荷所受洛伦兹力的方向向上

洛伦兹力和安培力

由左手定则可知,洛伦兹力和安培力的方向判断几乎一样,不同的是安培力四指指向电流方向,洛伦兹力指向正电荷运动的方向,我们已经知道电荷的定向移动产生电流,电流的方向为正电荷移动的方向,磁场中的导体在通电后,导体内大量的电荷在定向移动,会受到洛伦兹力作用,大量移动电荷所受的洛伦兹力在宏观上表现为安培力。

洛伦兹力的大小

洛伦兹力大小的推导过程:

安培力的大小:F安=BIL

电流的微观表达式:I=nqsv

设通电导线中有N个自由移动的定:N=nSL(n表示单位体积电荷的数目,S表示导线的横截面积,L表示)

单个电荷所受的洛伦兹力:F洛=BnqsvL/nSL=qvB

电荷所受洛伦兹力的大小:F洛=qvB(其中q为电荷所带的电荷量,V为电荷垂直磁场方向的速度,B为磁感应强度)

洛伦兹力大小的特点

1、F洛=qvB,这个公式适用的条件:V⊥B。

2、当V⁄⁄B时,F洛=0。

3、当V与B成θ,F洛=qvBsinθ

洛伦兹力方向特点

F洛⊥V,F洛⊥B,即F洛垂直V与B形成的平面。

洛伦兹力做功的特点

因为洛伦兹力永远和速度垂直,故洛伦兹力永不做功,洛伦兹力只改变速度方向,不改变速度大小。


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