洛伦兹力做功微探

洛伦兹力有两种定义：一种是运动电荷在电磁场中受的电场力与磁场力的矢量和,一种是运动电荷在磁场中受的力;一般所说的洛伦兹力为后一种,本文所指也为后一种．对于该洛伦兹力,众所周知,因其始终与运动电荷速度方向垂直而对运动电荷永不做功．关于论证洛伦兹力是否做功的文章有很多;这些文章都以对洛伦兹力永不做功表示怀疑为起点,最终以洛伦兹力永不做功为结论．然而,笔者思考该类问题时,在自构的情景中遇到了困惑,现阐述如下．     

磁单极与磁洛伦兹力

概述了磁单极概念的历史发展,从洛伦兹变换出发,利用电磁场张量和四维力的协变性以及电荷相对论不变,直接证明了运动磁单极受磁洛伦兹力,建议了一个磁洛伦兹力的验证方案,并用磁洛伦兹力公式导出狄拉克电荷量子化条件．证明了磁洛伦兹力公式具有与库仑定律相同的精确度．     

洛伦兹力可看作静止电荷所受电场力的相对论效应——兼论洛伦兹力公式具有与库仑定律相同的精确度

从洛伦兹变换出发,利用电磁场张量和四维力的协变性及电荷相对论不变,直接证明:在一个惯性参考系内的静止电荷所受电场力,转换到另一个惯性参考系就是运动电荷受的洛伦兹力.证明洛伦兹力公式具有与库仑定律相同的精确度.     

对霍耳效应及磁镜效应中洛伦兹力作功问题的讨论

洛伦兹力与运动电荷的速度垂直,因此对运动电荷不做功,也不改变运动电荷速度的大小.但在霍耳效应中,洛伦兹力使运动电荷侧移,产生霍耳电压;在磁镜效应中,洛伦兹力使运动电荷纵向速度变化.似乎在这两种情况下洛伦兹力做了功.下面对这两种     

利用狭义相对论计算洛伦兹力和安培力

随着对电磁现象研究的逐步深入,人们早已认识到磁现象来源于电荷的运动,磁场和电场是相互联系的统一体,称之为电磁场。本文根据狭义相对论中洛伦兹变换的基本原理,利用两个坐标系中静电力和电场的相对论变换,推导出洛伦兹力与库仑力、安培力之间关系,即洛伦兹力和安培力来源于电场力的相对论变换,从而更加有助于理解洛伦兹力的物理本质。     

普物教学中如何讲述电磁场变换

从洛伦兹力公式和运动电荷磁场出发，导出了两惯性系间电磁场的变换关系．     

水槽式洛伦兹力演示仪

针对教材中洛伦兹力演示仪的不足,设计了水槽式洛伦兹力演示仪.该演示仪通过观察水槽中漂浮物运动情况判定洛伦兹力方向和大小,并探究洛伦兹力F与磁感应强度B、带电粒子q以及其运动速度v之间的关系.     

一个简单电磁力现象反映的相对论

两个静止的电荷只受到静电库仑力的作用, 当这两个电荷运动时, 一个运动电荷要在另一个电荷处产 生磁场, 另一个电荷还要受到洛伦兹力. 这一简单电磁力的变化反映了相对论, 只有用做匀速运动电荷电场的变化 与产生的磁场, 才能求出电荷受到的作用力, 也可以用相对论力的变换求出电荷受到的作用力     

洛伦兹力演示仪

为了使学生深入了解洛伦兹力,设计制作了喷泉洛伦兹力演示仪.该演示仪将电场和磁场按照一定方向放置,使离子溶液受到向上的洛伦兹力,在洛伦兹力作用下,溶液向上运动,进而形成了喷泉.     

利用洛伦兹力演示器探究带电粒子在电场及磁场中的运动

洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力,比较抽象,学生无法直接观察,针对该问题,采用了J2433-1型洛伦兹力演示器来探究带电粒子在电场和磁场中的运动,并测量了电子的比荷,该方法可在三维空间观察电子运动的径迹,通过宏观现象认识了微观本质.     

“磁场对运动电荷的作用”的探究式教学设计

"磁场对运动电荷的作用"一节放在"磁场对通电导体的作用"内容之后,意味教材引导教师利用安培力导出洛伦兹力的大小、方向,绝大数教师也是采用此思路展开教学的.随着实验技术的提升,用高清摄像头把蓝色的阴极射线轨迹投影到黑色大屏幕上,改变加速电压与励磁电流,基于实验现象引导学     

涡旋洛伦兹-高斯光束的远场矢量结构特征

利用矢量角谱法和稳相法,研究了涡旋洛伦兹-高斯光束的远场矢量结构特征,导出了横电项(TE项)和横磁项(TM项)远场电磁场和相应能流的解析表达式。通过相应的数值计算,分析了拓扑电荷数对涡旋洛伦兹-高斯光束及其矢量结构项远场能流分布的影响。TE项由位于竖直方向的2瓣或3瓣组成,TM项可由TE项旋转90得到。涡旋洛伦兹-高斯光束在拓扑电荷数小时内部中空,外部亮环均匀分布。增大拓扑电荷数,涡旋洛伦兹-高斯光束外部亮环上的能流呈起伏分布,内部变化相对复杂。涡旋洛伦兹-高斯光束及其矢量结构项的光斑尺寸随拓扑电荷数的增大而增大,但会饱和。研究显示,涡旋洛伦兹-高斯光束在实际应用时拓扑电荷数不宜过大。     

涡旋洛伦兹-高斯光束的远场矢量结构特征

利用矢量角谱法和稳相法,研究了涡旋洛伦兹-高斯光束的远场矢量结构特征,导出了横电项(TE项)和横磁项(TM项)远场电磁场和相应能流的解析表达式。通过相应的数值计算,分析了拓扑电荷数对涡旋洛伦兹-高斯光束及其矢量结构项远场能流分布的影响。TE项由位于竖直方向的2瓣或3瓣组成,TM项可由TE项旋转90得到。涡旋洛伦兹-高斯光束在拓扑电荷数小时内部中空,外部亮环均匀分布。增大拓扑电荷数,涡旋洛伦兹-高斯光束外部亮环上的能流呈起伏分布,内部变化相对复杂。涡旋洛伦兹-高斯光束及其矢量结构项的光斑尺寸随拓扑电荷数的增大而增大,但会饱和。研究显示,涡旋洛伦兹-高斯光束在实际应用时拓扑电荷数不宜过大。     

浅议安培力与洛伦兹力

关于安培力与洛伦兹力,现行中专物理教材提到:“(磁场)作用在通电导线上的安培力,只不过是作用在运动电荷上的力(洛伦兹力)的宏观表现”.高级中学课本《物理》甲种本上说“安培力可以看成是这一段通电导体中所有定向运动的电荷所受洛伦兹力的总和”.那么定向运动的电子所受到的洛伦兹力是怎样成为载流导体的安培力的?本文就此问题谈谈自己的一点看法. 1 磁场中静止的载流导体如图所示的载流导体,电流强度为I,处在方向向左的匀强磁场B中,因为载流导体中每个定向运动的电子,都要受到一个洛伦兹力f_L的作用,其大小F_L=evB,方向沿 Z,这导致导体A侧出现负电荷的堆积,B侧出现正电荷的堆积,结果在载流导体上下两侧产生一个U_(BA)的电位差,形成一个沿 Z的横向电场E,故每个定向运动的电子受到一个沿—Z     

刍议带电粒子在电磁场中的运动轨迹

在只有磁场时,带电粒子受到洛伦兹力作用,洛伦兹力只改变带电粒子的运动方向,不会改变其速率,因而洛伦兹力的大小也不会改变.但如果电场和磁场同时存在时,带电粒子的速率将改变,洛伦兹力的大小也随之改变.所以当电场和磁场同时存在时,带电粒子的运动轨迹并非电场和磁场单独存在时带电粒子运动的简单迭加.     

阴极射线偏转演示实验释疑

在“磁场对电流的作用力”和“磁场对运动电荷的作用力”教学中，阴极射线偏转演示实验起着承上启下的作用．在学生已知磁场对电流有作用力后，自然地提出磁场力是否直接作用于运动电荷？将阴极射线管放在马蹄形磁铁的两极间，从荧光屏上可以观察到：电子束的运动径迹发生弯曲．证明了我们的推想：运动电荷确实受到磁场力的作用．同时可以推论，不载电流的物体是不会使电子束发生偏转的．但是，当我们把一只手靠近射线管时，出乎意料的是电子束也发生了偏转！它偏离了手的方向．而用书本代替手做同样的实验时，却没有明显的偏离现象．为什么…     

自制创新实验教具 展现洛伦兹力魅力

通过创新实验探究洛伦兹力的方向,并利用自制教具展示洛伦兹力的空间立体关系.     

李纳-维谢尔势的一种推导方法

本文是利用构造洛伦兹不变量的方法来导出匀速运动电荷的势公式和任意运动电荷的势公式即李纳－维谢尔势公式．这种方法比其它方法较为简捷，物理图象也为清晰．     

在匀强电场中电荷的运动

《大学物理》84年第六期发表了张福熹同志的“对运动电荷在匀强电场中的一点讨论”一文(以下简称张文,并将张文中的初速度v在本文中以v0表示).该文通过电磁场变换,并按F=ma一式进行推导得出“电荷q的运动轨道是抛物线”.这一结果显然错误的.因为电场力对电荷作功,则电荷q的能量必然增加,从而电荷q的质量增加.这样电荷q在z方向所受的力虽然是恒力,但由于质量增加不可能沿z方向是匀加速运动.另一方面电荷q在x方向虽不受力,但是由于质量增加,动量守恒,则沿x方向运动电荷q不可能是匀速运动,而是减速运动.所以运动电荷q的轨道不可能是抛物线.正…     

经典物理中相对性原理的教学(摘要)

正相对性概念在物理学中是一个重要概念,在狭义相对论中尤为突出,在经典物理教学中应同样强化相对性概念的教学.本文以电磁感应为例,讨论了电磁感应的经典相对性机理.磁场的起源是电流,即运动的电荷产生磁场.然而根据相对性原理,运动具有相对性.以不同坐标系的立场观点,对同一种运动的观测其结果必然不同.电荷的运动具有相对性必然导致磁场也具有相对性.当电荷低速运动时,场的变换为经典伽利略变换;当电荷高速运动时,为洛伦兹变换.