淺談高中物理中洛倫茲力與安培力

1、    淺談高中物理中洛倫茲力與安培力    伍沛胥摘要：在高中物理磁場學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，發(fā)現(xiàn)了洛倫茲力與安培力存在某種聯(lián)系，進(jìn)而本文對安培力與洛倫茲力的產(chǎn)生進(jìn)行研究探討，并對兩者聯(lián)系進(jìn)行深入分析。得出了洛倫茲力是微觀實在，而安培力是宏觀表現(xiàn)的結(jié)論。同時，分析洛倫茲力雖然不做功但是可以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的原因。提出了在高中物理的學(xué)習(xí)過程中要學(xué)會利用網(wǎng)絡(luò)資源，對課本知識進(jìn)行延伸拓展。關(guān)鍵詞：高中物理；洛倫茲力；安培力；網(wǎng)絡(luò)一、安培力的探究（一）探究安培力的作用安培力是磁場對其中的通電導(dǎo)線作用的力。它的大小是由磁場強度、電流大小、感應(yīng)導(dǎo)線、通電導(dǎo)線與磁感線角度共同決

2、定。通電直導(dǎo)線所受的安培力的作用點并不在導(dǎo)線重心，而是平均分布在導(dǎo)體上，只是為便于受力分析而畫于重心。只考慮到導(dǎo)體靜止時，安培力為所有電子受洛倫茲力總和；但在載流導(dǎo)體運動時，電流元內(nèi)所有電荷的總和就是安培力3。（二）探究安培力的實驗在實驗過程中，選擇的磁場是蹄形磁鐵磁場，將陰極射線管和高壓線圈當(dāng)作運動電荷，這樣可以更好地展現(xiàn)出實驗現(xiàn)象。進(jìn)行兩種不同情況的實驗，第一種情況，不使用蹄形磁鐵，即沒有磁場的作用，再進(jìn)行試驗，最后觀察電子的運動軌跡；第二種情況，使用蹄形磁鐵，即有磁場作用，再進(jìn)行試驗，最后得出電子束的運動。在進(jìn)行試驗之后，可以得出相關(guān)結(jié)論：磁場使陰極射線管中的電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，運動的電荷會

3、受到磁場的作用。二、洛侖茲力的探究（一）定義及其公式推導(dǎo)在歷史上，洛倫茲提出了運動中的電荷會受到磁場的作用。因此，將磁場對所處其中的運動電荷的作用力命名為洛倫茲力。洛倫茲力作用點位于運動電荷上。洛倫茲力的表達(dá)形式可以表達(dá)為：f=。為了推出這個公式，第一個方案，可以進(jìn)行假設(shè)，讓運動的電荷在磁場中以速度作直線運動，它的運動時間設(shè)為，從而推導(dǎo)出=，l=vt，f=，f=；第二個方案，將一根長度為的導(dǎo)線放入磁場，形成的橫截面積設(shè)為s，每一個單位體積里面的電荷的數(shù)目設(shè)成，電荷帶的電量設(shè)成，速度為，那么可以知道導(dǎo)線中的電流為=，其中t=，可以求得i=。由定義可知，那么導(dǎo)線所受到的安培力可以表示為：，把帶入可

4、得，安培力的表達(dá)形式為f=（）bl。安培力可以理解為導(dǎo)線中的每一個電荷受到的洛倫茲力的合力，導(dǎo)線中所含的運動電荷的總數(shù)可以表示為，即洛倫茲力?電荷總數(shù)=安培力。推導(dǎo)過程中必須具備一定的前提條件：。（二）洛倫茲力左手定則可以通過左手定則來判斷洛倫茲力的方向，電荷的移動形成了電流，電流會受到磁場力的作用1。判斷洛倫茲力的時候，最常用的方法就是攤開左手，手掌方向與磁感線垂直，讓其穿過，四指方向與正電荷的流動方向一致，大拇指的指向即洛倫茲力的方向。其中特別要注意的是電荷的正負(fù)，如果是負(fù)電荷，那么洛倫茲力的方向則相反。三、洛侖茲力與安培力（一）探究洛倫茲力與安培力的關(guān)系可以將安培力理解為是所有電荷受到的

5、洛倫茲力的一個綜合表現(xiàn)形式，而洛倫茲力是其中每個電荷受到的非常微小的力。電流是由于電子定向移動所產(chǎn)生的。設(shè)面積為s，通過其的電流為i，可以通過推導(dǎo)得出一個結(jié)論，那就是各個電子所受到的洛倫茲力的合力，就是安培力2。（二）兩者做功方面的差異洛倫茲力是單個運動電荷在磁場中受到的作用，安培力是磁場對宏觀通電導(dǎo)體的力。電子受到洛倫茲力的作用后會沿垂直速度方向產(chǎn)生加速度，宏觀上就產(chǎn)生了垂直電流方向的安培力。將洛倫茲力沿安培力的方向做正交分解則安培力作為一個分力做正功，另一個分力做負(fù)功，他們的合力不做功。（三）洛倫茲力傳導(dǎo)能量雖然洛倫茲力不做功，但其能進(jìn)行能量的傳導(dǎo)。電能通過磁場力轉(zhuǎn)變成導(dǎo)體運動的動能，這是

6、通過洛倫茲力的分力做功而相互轉(zhuǎn)化來達(dá)成磁場能量守恒。從本質(zhì)上看，能量轉(zhuǎn)化是由洛倫茲力來實現(xiàn)4；并且洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)是安培力，所以安培力做功可以實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化。四、加強用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的應(yīng)用如今的學(xué)習(xí)方式與以前有很大的不同，可以使用的學(xué)習(xí)資源是非常豐富的，學(xué)習(xí)渠道也非常多樣化?？梢杂行У乩镁W(wǎng)絡(luò)科技帶來的優(yōu)勢，將其轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)的助力。學(xué)生對于新鮮事物的接受能力往往都是很強的，可以通過網(wǎng)絡(luò)的課程學(xué)習(xí)，來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，這樣才能夠使學(xué)生的物理學(xué)習(xí)更加具有效率。在學(xué)習(xí)運動電荷在磁場中的受力情況時，通過網(wǎng)絡(luò)的形式可以去學(xué)習(xí)到更多課本外的知識。由上述分析得知洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)就是安培力，網(wǎng)上搜索后可以得到相應(yīng)

7、的動態(tài)圖，也有相應(yīng)的視頻資源，用十分直觀的形式對電子流動進(jìn)行描述，讓學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣，也更加容易理解。因此，應(yīng)當(dāng)學(xué)會去利用互聯(lián)網(wǎng)資源，針對學(xué)習(xí)上遇到的難點和困惑的地方，尋找適合需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，來對自我探索以及自學(xué)能力進(jìn)行一定的提高。結(jié)束語本文通過力的三要素對安培力和洛倫茲力進(jìn)行詳細(xì)分析。論述了安培力探究實驗以及通過兩種方法對洛倫茲力進(jìn)行推導(dǎo)。深入研究了洛倫茲力與安培力的區(qū)別與聯(lián)系，幫助學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)中能夠仔細(xì)審題，并準(zhǔn)確把握題目主要意思。同時，本文提出了學(xué)生要學(xué)會利用網(wǎng)絡(luò)資源解決學(xué)習(xí)上遇到的困難，從而更好的提升自我學(xué)習(xí)能力。參考文獻(xiàn)：1何永林.高中物理磁場相關(guān)知識教學(xué)的研究d.蘇州大學(xué)，2015.2朱建洪.高中物理“磁場”一章情境教學(xué)