高中物理：正确理解洛伦兹力

运动电荷在磁场中受到的作用力，叫做洛伦兹力。洛伦兹力的计算公式是

式中q是运动电荷所带的电荷量，v是电荷运动的速度大小，B是磁场的磁感应强度，是电荷运动方向与磁场方向的夹角。当电荷运动方向与磁场方向垂直时，洛仑兹力的大小

洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观体现。

洛伦兹力的方向也可以用左手定则来判断。如果是正电荷，四指指向电荷运动的方向，磁感线穿过掌心，大拇指指向受力方向；如果是负电荷，受力方向与正电荷受力的方向相反。洛伦兹力的方向总是垂直于B和v所决定的平面，也就是说洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直。

在磁场中静止的电荷不受洛伦兹力的作用。

当运动电荷的速度方向与磁场方向平行时，运动电荷也不受洛伦兹力的作用，将做匀速直线运动。

当运动电荷的速度方向与磁场方向垂直时，运动电荷所受洛伦兹力的方向垂直于速度方向，因此运动电荷做匀速圆周运动。

由于洛伦兹力始终与电荷的运动方向垂直，不论电荷做什么性质的运动，也不论电荷的运动轨迹如何，洛伦兹力都对运动电荷不做功，也就是说洛伦兹力只改变电荷的运动方向，而不改变电荷的运动速度大小。

例1、一个长直螺线管中通有电流，一个带电粒子沿该螺线管的中央轴线射入螺线管中，则带电粒子在管中（   ）

A. 做圆周运动

B. 沿轴线来回运动

C. 做匀加速直线运动

D. 做匀速直线运动

解析：由于螺线管内的磁场是匀强磁场，其中央轴线处的磁感线是与轴线重合的，因此带电粒子沿中央轴线射入时，速度方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力作用，带电粒子做匀速直线运动。

选项D正确。

例2、在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间取正交坐标系Oxyz（z轴正方向竖直向上），如图所示。已知电场方向沿z轴正方向，场强大小为E；磁场方向沿y轴正方向，磁感应强度的大小为B；重力加速度为g。问：质量为m、带电荷量为+q的从原点出发的质点能否在坐标轴（x、y、z）上以速度v做匀速运动？若能，m、q、E、B、v及g应满足怎样的关系？若不能，说明理由。

解析：已知带电质点受到的电场力为qE，方向沿x轴正方向；质点受到的重力为mg，沿z轴的负方向。

假设质点在x轴上做匀速运动，则它受的洛伦兹力必沿z轴正方向（当v沿x轴正方向时）或沿z轴负方向（当v沿x轴负方向时），要质点做匀速运动必分别有

或

假设质点在y轴上做匀速运动，则无论沿y轴正方向还是负方向，洛伦兹力都为0，要质点做匀速运动必有

假设质点在z轴上做匀速运动，则它受的洛伦兹力必平行于z轴，而电场力和重力都平行于z轴，三力的合力不可能为0，与假设矛盾，故质点不可能在z轴上做匀速运动。

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