论安培力与洛伦兹力的关联性

摘要：安培力和洛伦兹力作为最为常见的两种电磁力，关于它们之间的联系，以及安培力的微观本质在传统的研究当中形成的多种观点，比如“碰撞传递效应理论”“霍尔电场” “正离子受力机制”等。这些观点都存在着一些不能自洽的局限性，甚至本身都是一种错误，这也就使得对于安培力和洛伦兹力的关联性仍然具有讨论的价值。随着时代科技的不断发展，人类对于微观本质的探索也在持续推进。主要通过对传统观念下的安培力本质观点的阐述以及对其提出疑问，然后以较为简便的理解方式及推导关系得出安培力与洛伦兹力的联系。

关键词：安培力；洛伦兹力；微观本质

中图分类号：O4-1文献标识码：A

Abstract：Ampere force and Lorentz force as the two most common electromagnetic forces，about their connection，and the microscopic nature of ampere force in traditional research formed a variety of views，such as "collision transfer effect theory"，"Hall electric field"，"ampere force is the resultant force of Lorentz force"，"positive ion force mechanism" and so on.These views have some inconsistent limitations，and are even errors in themselves，which makes the correlation between amperometric and Lorentz forces still valuable for discussion.With the continuous development of science and technology of the times，human exploration of microscopic essence is also continuously advancing.This paper elaborates and questions the essential view of Ampere force under the traditional concept，and then obtains the connection between Ampere force and Lorentz force in a simpler way of understanding and deriving the relationship.

Keywords：ampere force；Lorentz force；Microscopic essence

对于谈论安培力和洛伦兹力的关联性时，两者的关系是不能割裂开来谈论的。关于两者的讨论，是学术界争论不断的话题，每个人都有自己对其的理解和看法。不同的立足点，也就使得安培力的微观本质方向变得多样化。目前各种观点都有不能解释的问题，接下内容主要以安培力、洛伦兹力的定义开始论述，并且对前人研究的观点进行解释，最后以简单的思路对其进行描述。

1 安培力是什么

2 安培力的微观本质观点的阐述

2.1 碰撞传递效应理论

2.2 霍尔电场理论

“霍尔电场理论”：导体内的自由电荷在洛伦兹力的作用下以圆周运动的方式做侧向漂移运动，结果在导线的两端分布正负电荷，在上下两侧之间产生霍尔电场阻碍运动的电荷侧向偏移，当运动电荷受力平衡时，受到的净力为零，自由电荷不再进行侧向偏移，而此时晶格中的正电荷只受到的霍尔电场作用，其霍尔电场对晶格正电荷的霍尔电场力总的合力体现为宏观上的安培力。［5］

对于“霍尔电场理论”的三个疑问：

疑问一：正负带电粒子在形成的霍尔电场中，电荷移动达到动态平衡（即不随时间变化），此时霍尔电场为稳恒电场，稳恒电场遵循牛顿第三定律，在霍尔电场中的电荷以及晶格正离子会受到大小相等、方向相反的电场力以及反作用力，这些力都被平衡掉了，因此不能表现为宏观上的安培力［6］；

疑问二：在磁场中的定向移动的带电粒子，受到洛伦兹力会做圆周运动，并不会在导体中做侧向径直迁移，通过电子束的磁偏转实验也可以知道，运动带电粒子较多发生偏转并非圆周运动，在侧向迁移过程中有可能碰撞到导体表层粒子，导体应该会呈现出不稳定性，若可以发生侧向径直迁移，依据霍尔电场的观点，有带电粒子受洛伦兹力的迁移而产生的霍尔电场，在偏转达到平衡后就没有带电粒子的迁移，霍尔电场也会消失；

疑问三：形成霍尔电场后，霍尔电场会对晶格正离子产生电场力的作用，也会对负离子产生电场力的作用，这两个力大小相等，方向相反，并且属于内力，并不会在宏观上影响电流强度，从而影响安培力的大小。

2.3 正离子受力机制理论

“正离子受力机制”：导线处在磁场中，受到洛伦兹力的作用下，建立霍尔电场，对导体中的正离子施加以霍尔电场力的作用，对宏观的安培力有所贡献。

3 安培力与洛伦兹力关系的简单推导

3.1 电流元静止情况

3.2 霍尔电场相对静止情况

4 安培力与洛伦兹力关系的简单理解

5 结论

参考文献：

［1］贾瑞皋，薛庆忠.电磁学（第二版）［M］.北京：高等教育出版社，2011：162-163.

［2］陶东红.关于安培力与洛仑兹力［J］.物理教学，2008，30（05）：58.

［3］赵凯华，陈熙谋.试评安培力起源的讨论［J］.大学物理，1992（10）：26-28.

［4］张靖武.略论安培力与洛仑兹力的关系［J］.物理教学，1981（05）：34-37.

［5］程守洙，江之永.普通物理学（第五版）［M］.北京：高等教育出版社，1998.

［6］章维.新课程理念下高中物理安培力概念的教学研究［D］.苏州大学，2011.

［7］秦祥熙.小议安培力［J］.大学物理，2001（11）：46.

［8］崔邦军.安培力的经典微观说［J］.煤炭技术，2012，31（06）：46-47.

［9］李进斌.洛伦兹力对带电粒子做功吗？［J］.物理教学，2019，41（04）：13-14+3.

作者简介：吴权恒（2002—），男，汉族，河南鹤壁人，本科在读，研究方向：物理学。

通讯作者：陈云飞（1995—），男，汉族，甘肃平凉人，硕士，讲师，研究方向：物理学。