重读高中物理(Ⅰ): 安培力做功

磁场一章中安培力和洛伦兹力做功的问题常常令人困惑。关于这个问题高中物理中讨论比较详细,而大学物理中几乎没有涉及。

由于力和速度时刻是垂直的,洛伦兹力任何时候都不可能做功。安培力和洛仑兹力本质一样,但为什么洛仑兹力不能做功,而安培力可以做功?

洛仑兹力不能做功,但其分力可以做功,所以,安培力做功一定是作为洛仑兹力分力完成的。

安培力作为洛伦兹力的一个分力的情况可见下图。想象一下在光滑导轨上有一段直导线。在导线里有无数正电荷,通电后他们开始定向移动。这时,他们会受到向左的安培力的作用。假设外力克服此安培力拉着直导线向右匀速移动,则此外力克服安培力做正功,或者说安培力做负功。直导线所受安培力是导线内载流子在该方向受力的总和(向左)。但载流子不止受到向左的力,他们还受到另一个向上的力,这个力对载流子做正功,使它们沿导线移动(形成电流)。载流子受到的合力即为它所受到的洛仑兹力。也就是说,本问题中,洛仑兹力的一个分量(安培力)做负功,另一个分量做正功。他们的合力并不做功。

安培力和洛仑兹力
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