一、安培力
定义:通电导线在磁场中所受的力。
大小:
1、磁场与电流垂直时,F=BIL
2、磁场与电流平行时,F=0
3、磁场与电流成b角时,F=BILsin b
理解:
1、公式适用于匀强磁场,若为非匀强,则需要用到积分。
2、公式中的夹角为磁场与导线的夹角。
3、磁场有垂直电流方向的分量才对电流产生力的作用,平行电流方向对电流不产生力的作用。因此,如果知道一段导线的受力,我们只可以确定磁场垂直电流方向的分量,换句话说,我们只可以确定场强的最小值。
4、对于一段导线有效长度的确定。
直导线:本身长度*sin b(磁场与导线的夹角)
弯曲导线:在导线所在平面垂直于磁场方向的前提下,有效长度为两端点的连线。
5、对于闭合线圈,其有效长度一定为0。因此,对于完全处于匀强磁场中的闭合线圈,其所受的磁场力合力一定为零。
方向:左手定则(判断磁场方向——右手、判断受力方向——左手)同时垂直与电流方向和磁场方向。
注意:不管电流方向与磁场方向是否垂直,安培力方向总垂直与电流方向与磁场方向决定的平面。
二、洛伦兹力
定义:运动电荷在磁场中所受的力。
大小:
1、v//B或v=0时,F=0。
2、v垂直于B时,F=qvb。
3、v与B的夹角为ɑ时,F=Bqvsin ɑ。
4、B、ɑ、v均为粒子运动过程中的瞬时量。
方向:
1、使用左手定则进行判定(判断磁场用右手,判断受力用左手)。
2、四指指向一定是正电荷的运动方向,是负电荷的反方向。(四指指向电流方向)。
3、洛伦兹力的方向和电荷运动方向与磁场方向都垂直(不做功)。
理解:
1、洛伦兹力与速度成正比,并且与速度的方向有关,同样的速度,垂直磁场入射的时候,洛伦兹力最大。
2、洛伦兹力始终和速度方向垂直,根据W=FSsinɑ,ɑ=90知,W=0。也就是说洛仑兹力始终不做功。
3、做功为0,根据功能关系,能量不改变,洛伦兹力不改变速度的大小。由牛顿第一定律,力可以改变物体运动状态,洛伦兹力改变速度大小。
三、安培力与洛伦兹力的内在关系
由安培力F=BIL推导洛伦兹力F=qvB
设:导体的横截面积为S,单位体积的电荷数为n,自由电荷的电荷量为q,电荷定向移动的速度大小为v。
导体内的自由电荷数为:N=nLS
导体内的电流为:I=nSvq
安培力:F=BIL=BnSvqL=(nLS)Bvq=NBvq
通电导体每个电荷受得力——洛伦兹力 f=F/N=NBvq/N=qvB
安培力是洛伦兹力的宏观表现。
四、洛伦兹力与安培力、电场力的比较
| 安培力 | 洛伦兹力 | 电场力 | |
| 对象 | 电流 | 电荷 | 电荷 |
| 大小 | F=BILsin α | F=Bqv sin α | F=qE |
| 方向 | 左手定则 | 左手定则 | 正电荷与电场方向相同,负电荷与电场方向相反 |
| 做功 | 可以作正功,负功,可以不做功 | 永远不做功 | 做正功——电势降低 做负功——电势升高 |
| 路径 | 做功与路径有关 | 始终做正功 | 做功与路径无关 |