文档介绍：螄关于洛仑兹力的三点讨论蚅江苏省南通市第二中学陈雅腿在电磁学中,洛仑兹力定义为磁场对运动电荷q的作用力,其矢量式蚀 袄                  ⑴螂 袁式中u是电荷的运动速度。在中学物理中,一般考虑电荷的运动速度与磁场方向垂直,所以上式变为葿 羄                    ⑵膃 薃洛仑兹力只改变电荷速度u的方向,而不改变u的数值,即永远不会对运动电荷做功。洛仑兹力的这个特性无论在理论上或实践上都具有非常重要的意义。膈 羄但是,围绕洛仑兹力,在教学中有一些容易引起混淆不清的问题。例如,凡运动速度都是相对的,那么公式⑴、⑵中电荷q的运动速度u是相对于谁的呢?是磁场还是观察者?例如,运动电荷所受的洛仑兹力和通电导线所受的安培力究竟是怎样的关系?一般来说,安培力是洛仑兹力的宏观反映,洛仑兹力则看成是安培力的微观本质。但是这种说法未免过于笼统,特别是当考虑霍耳效应之后,洛仑兹力到底怎样解释安培力的成因呢?再如,在经典物理学中,牛顿第三定律总是成立的,甚至在某些微观问题中,我们也总是说作用力和反作用力是成对出现的,那么牛顿第三定律对洛仑兹力是否总成立?本文就这些问题进行分析以澄清物理概念。薄 肀一、电荷运动速度u相对于什么参考系羇 肄对这个问题存在两种完全不同的理解:羅 螂⑴认为公式中的u是电荷相对于磁场B的运动速度;罿 膄⑵认为u是电荷相对于观察者的运动速度。当然,如果观察者和磁场B处于相对静止状态,两种理解就变成一回事了。只要观察者与磁场之间发生相对运动,两种理解就会导致截然不同的结果。因此,必须明确无误地阐明究竟哪种理解才是唯一正确的。肁 膀事实上,无论从理论上还是实验上,都已非常清楚地证明,公式中的u是相对于观察者的,而绝不是相对于磁场的。理论上是通过相对论中三维力的变换关系和相对论电磁场的坐标变换关系得以证明。那么为什么会有上述的误解呢?其中除了个人的因素外,应该说这和通常教材中对这一问题的叙述方式及处理方法不无关系。通常是默认观察者的存在并和磁场是相对静止的,只是为叙述上的简便才没有明确指出观察者。因此,如“电荷q在磁场中以速度u运动”、“导线在磁场中做切割磁场的运动引起感应电动势”等,这样一些叙述都是很常见的。这里只提到磁场,似乎没有出现观察者,实际上观察者和磁场静止在同一参考系中,这时,磁场也可当作一个观察者,相对于观察者就是相对于磁场运动。螈 芄在教学中,很多教师喜欢拓展问题,这是一个很好的习惯,可以提高学生的解题能力。但是下面这个“拓展”要不得。在讲到电荷在磁场中以速度u相对磁场向左运动,受到的洛仑兹力是,然后,就讲到如果电荷不动,而是磁场相对向右运动,则电荷所受的洛仑兹力还是,理由是认为电荷相对磁场向左运动与磁场相对电荷向右运动,其结果是一样的。实际上,在后一种情况下,电荷不动(相对观察者),则虽然磁场在运动,但是电荷不受洛仑兹力。蒂 袂对这一点,可能有部分老师觉得不可思议。对相当多的老师,在走出大学多年后,大学所学的电磁学和相对论的知识遗忘得差不多了,即使是一些青年教师,由于理论基础不厚,所以对上面提到的通过相对论中三维力的变换关系和相对论电磁场的坐标变换关系业已记不清了。所以接下来我想从一个侧面对“电荷运动速度u是相对于观察者而非磁场”的结论进行辅佐说明。薇薈 袃在电磁感应中,按照磁通量变化原因的不同,分为两种情况