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安培力与洛伦兹力关系辨析

2017-11-07周德学

新课程·教师 2017年9期
关键词:磁场

磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。洛伦兹力公式为f=qvBsin?兹,它是1892年荷兰物理学家洛伦兹在建立经典电子论时,作为基本假设提出的,但它已为大量实验所证实。

安培力公式为F=BILBsin?琢,是法国物理学家安培在解决任意两电流元之间作用力定量规律时,经过精心设计的四个示零实验加以缜密的理论分析,发现安培定律,从而得到安培力公式。但关于安培力的定义,目前有两种说法:一是磁场对通电导线的作用力叫安培力。另一种说法是磁场对电流的作用力叫安培力。通电导线和电流两者是有区别的。通电导线中有电流,但有电流不一定有导线。空间电子流、质子流等带电粒子的运动都会形成电流。

这些在磁场中运动的带电粒子会受到洛伦兹力的作用,那么电流有没有受到安培力的作用?

这里就涉及安培力和洛伦兹力的关系问题。很多教材和参考资料都说安培力就是作用在各个运动的自由电荷上的洛伦兹力的宏观表现。并且采用如下的方法证明:

设在匀强磁场中,垂直磁场方向放置一段长度为L的金属导线,设导线中通有如图1所示的电流I。从微观的角度看,电流是由导线中的自由电子向下做定向移动形成的。设自由电子定向移动的速度为v,每个电子所带的电量为e,导体单位体积内的自由電子数为n,导体截面面积为s。每个自由电子所受的洛伦兹力为

f=evB

在△t时间内通过导线某一截面的电量为q=v△tsne

则电流强度为I=■=nesv

导线中的自由电子总数为N=sLn

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