洛伦兹力做功特点应用探析

2017-08-29白嘉

都市家教·下半月 2017年8期

白嘉

【摘要】众人皆知，由于洛伦兹力同运动电荷的速度方向一直保持垂直状态从而对运用电荷永远都不做功。针对“洛伦兹力做不做功”這一问题的相关文献有许多，最后大都以永不做功为结论。此文首先分析了洛伦兹力做功的特点，然后依据其特点对一些问题展开了分析，最后又分析了洛伦兹力不做功应用时容易产生的错误。

【关键词】洛伦兹力；做功；特点；应用；错误

洛伦兹力的概念可以划分为两种，第一个是指在电磁场内，运动电荷所承受的电场力和磁场力的矢量和；第二个是指在磁场内，运动电荷所受的力，便是磁场对运动电荷的作用力。通常情形下，人们所说的洛伦兹力是第二种。关于洛伦兹力的公式，表示为F=QvB。第一个提出洛仑磁力的观点的人是洛伦兹，他在一八九五年创造出经典电子论的时候，作为基本假定而提出的，之后被众多的实验结果所证实。他是一名物理学家来自于荷兰，之所以命名为“洛伦兹力”也是为了纪念他。

一、洛伦兹力做功的特点

在任何时间里，洛伦兹力都垂直于速度方向，洛伦兹力不做功于带电粒子，它仅仅是能够令带电粒子的运动发生变化，不能够令带电粒子的速率以及动能发生变化。

二、依据洛伦兹力的做功特征，运用“能”的观点对问题进行解决

在复合场当中，带电粒子进行繁复的曲线运动的时候，如若不关乎到求时间的问题，一般情况下能够从能的角度出发，有助于问题的有效解决。

例1：如图所示，粒子的质量是m，带电量是+q，从两个平行电极板的正中心位置与磁场的方向相垂直，用速度是v飞入，已经给出两个平行电极板之间的距离是d，磁感应的强度是B，这个时候，粒子正好可以直线穿越磁场与电场的范畴（忽略重力），现在增加磁感应的强度到某一个数值，那么它便会降到电极板之上，求：粒子降落到极板上的动能。

解析：材料当中设立了两个物理情境，起初是粒子选择器模型，在粒子所受的洛伦兹力和电场力是相等的时候，就是qvB=Eq，粒子不会发生偏转；当增大磁感应强度到某一数值之后，洛伦兹力比电场力要大，粒子开始往下偏转，然而不是类平抛运动，由于洛伦茨磁的方向不是恒定的，它是始终有变化的，不可以使用运动的合成及分解处理，而且也不是圆周运动，在进行处理时从力与运动的方向出发并不容易，可以依据洛伦兹力不做功这一特征，在处理时采用“能量观点”。在这一系列的过程当中，电场力做功是，将末动能设为Ek，运用动能定理可列方程：，解得.

三、洛伦兹力不做功应用情况下容易产生的错误分析

1.洛伦兹力不做功，然而能够引发其余的力做功发生改变

例如：如图所示，粗劣的倾斜平面上端有一个物体，它带正电荷，它从上端运动到底部所用的速度是v，如果再增加一个磁场，这个磁场与纸面互垂并且指向读者，那么物体运动至底部的速度将会大于v，小于v或是与v相等还是不能明确？

错解：与v相等。

解析：之所以做错是因为一些学生以为洛伦兹力不做功所以就会觉得等于v，实际上，即使洛伦兹力不做功，然而伴随物体与磁场相垂往下运动，如果加上磁场，便会令弹力小于没有加上磁场的时候，滑动摩擦力以及运动到底部的摩擦力做功变小，那么运动到底部的动能增加，速率也就变大，所以速度比v大。

2.洛伦兹力不做功并不是不令物体的运动情况转变

例如：如上图所示，用水平速度v0将一个小球在竖直绝缘的平面上抛下去（小球带有正电），降落到了地面上的位置A处，如果加上一个与平面相垂直方向向内的匀强磁场，那么小球的降落位置是依旧在A处，还是在A的左边或右边，或者是不能明确？

错解：依旧在A处。

解析：之所以做错的原因是许多学生以为洛伦兹力不做功，不会令小球的运动情况发生变化，所以依旧会落至A处。实际上，即使洛伦兹力不做功，还会可以令小球运动状态发生改变，能够转变速度的方向，球体在做曲线的运动的过程当中任何一个地点的受力现象如下图所示：

这个时候，小球被斜向上的洛伦兹力作用，在竖直方向的加速度，所以会令小球平抛的时间加长，降落的点应当位于A点的右边。

四、结束语

通过以上分析，洛伦兹力永不做功这一论断通常都是在以磁场作为参考的推论下，所以，应当是在参考磁场时，洛伦兹力永不做功。因此，在实际的讲授当中，应当对洛伦兹力做功的条件加以强调，适当对学生们加以疏导，避免他们产生混乱的思想，充分运用历年的有关试题，有助于他们对洛伦兹力这一内容相关知识的深入掌握。