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我们知道电场力与洛伦兹力都是场力,都会影响带电粒子在场中的运动,但是两者也存在着区别,下面加以比较说明
一、两种力的作用对象不同
电场力是电场对静止电荷或运动电荷的作用力
洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力,磁场对静止电荷没有作用力
特别注意: 带电粒子只要在电场中,一定受到电场力; 电荷在磁场中不一定受到磁场力作用,只有相对于磁场运动且运动方向与磁场不平行的电荷才受到洛伦兹力
例1下列叙述正确的是( )
(A) 电荷在电场中某点,若不受电场力的作用,该点的电场强度一定为零
(B) 静止的电荷一定不受洛伦兹力作用,运动电荷一定受到洛伦兹力作用
(C) 把一检验电荷放在电场中某点,电场对电荷的电场力F与电荷电量q的比值,叫做该点的电场强度
(D) 洛伦兹力的方向可能与磁场方向平行
解析:电荷在电场中一定受到电场力的作用,若不受电场力的作用,则该点的电场强度一定为零,(A)正确;洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力,磁场对静止电荷没有作用力,当运动电荷的速度方向与磁场方向平行时也不受洛伦兹力,(B)错误;根据电场强度的定义可知(C)正确;洛伦兹力的方向一定与磁场方向垂直,(D)错误;答案选(A)(C)
二、两种力的大小不同、方向的判断也不同
洛伦兹力的方向与磁场方向、带电粒子的速度方向、以及电荷的正负都有关系;洛伦兹力的方向垂直于粒子运动的速度方向和磁感应强度方向所决定的平面;根据左手定则来判定洛伦兹力的方向:伸开左手,让磁感线垂直穿过手心,跟大拇指垂直的四指指向正电荷运动方向,大拇指指的方向就是正电荷所受的洛伦兹力方向
特别注意: 对于负电荷所受洛伦兹力方向的判断也是用左手定则,不过四指指向负电荷运动的反方向; 运动电荷的速度方向与磁感应强度方向不一定垂直,但洛伦兹力方向一定垂直于B、v所决定的平面; 电场对电荷的作用力的大小仅决定于场强E和电荷量q ,与电荷是运动的还是静止的无关
例2如图1所示,空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场的方向竖直向下,磁场的方向垂直纸面向里,一带电油滴P恰好处于静止状态,则下列说法正确的是( )
(A) 若撤去电场,P可能做匀加速直线运动
(B) 若撤去磁场,P可能做匀加速直线运动
(C) 若给P一初速度,P可能做匀速直线运动
(D) 若给P一初速度,P可能做顺时针方向的匀速圆周运动
三、两种力的作用效果不同
一般情况下,电场力能够改变带电粒子速度的大小和方向、并且还能对带电粒子做功,电场力做功跟运动路径无关
洛伦兹力只改变带电粒子运动的方向,不改变带电粒子运动速度的大小;因为洛伦兹力的方向始终与粒子的速度方向垂直;所以洛伦兹力对运动电荷永不做功
特别注意: 当带电粒子的速度方向与磁感应强度方向平行时,洛伦兹力f=0; 电场力可能对电荷做正功、负功、不做功
例3如图2所示,下端封闭、上端开口、内壁光滑的细玻璃管竖直放置,管底有一带电的小球.整个装置以水平向右的速度匀速运动.垂直于磁场方向进入方向水平的匀强磁场,由于外力作用,玻璃管在磁场中的速度保持不变,最终小球从上端开口飞出,小球的电荷量始终保持不变,则从玻璃管进入磁场到小球运动到上端开口的过程中( )
(A) 洛伦兹力对小球做正功
(B) 洛伦兹力对小球不做功
(C) 小球运动轨迹是抛物线
(D) 小球运动轨迹是直线
综上所述,由于电场与磁场有许多相似之处,导致我们对电场力与洛伦兹力的认识会出现误区,我们通过从不同的角度加以比较,更加全面、清楚地认识到两者的区别,这对我们在后面的学习中就不会出现模棱两可、似是而非的问题了,对我们掌握知识也是非常重要的
一、两种力的作用对象不同
电场力是电场对静止电荷或运动电荷的作用力
洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力,磁场对静止电荷没有作用力
特别注意: 带电粒子只要在电场中,一定受到电场力; 电荷在磁场中不一定受到磁场力作用,只有相对于磁场运动且运动方向与磁场不平行的电荷才受到洛伦兹力
例1下列叙述正确的是( )
(A) 电荷在电场中某点,若不受电场力的作用,该点的电场强度一定为零
(B) 静止的电荷一定不受洛伦兹力作用,运动电荷一定受到洛伦兹力作用
(C) 把一检验电荷放在电场中某点,电场对电荷的电场力F与电荷电量q的比值,叫做该点的电场强度
(D) 洛伦兹力的方向可能与磁场方向平行
解析:电荷在电场中一定受到电场力的作用,若不受电场力的作用,则该点的电场强度一定为零,(A)正确;洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力,磁场对静止电荷没有作用力,当运动电荷的速度方向与磁场方向平行时也不受洛伦兹力,(B)错误;根据电场强度的定义可知(C)正确;洛伦兹力的方向一定与磁场方向垂直,(D)错误;答案选(A)(C)
二、两种力的大小不同、方向的判断也不同
洛伦兹力的方向与磁场方向、带电粒子的速度方向、以及电荷的正负都有关系;洛伦兹力的方向垂直于粒子运动的速度方向和磁感应强度方向所决定的平面;根据左手定则来判定洛伦兹力的方向:伸开左手,让磁感线垂直穿过手心,跟大拇指垂直的四指指向正电荷运动方向,大拇指指的方向就是正电荷所受的洛伦兹力方向
特别注意: 对于负电荷所受洛伦兹力方向的判断也是用左手定则,不过四指指向负电荷运动的反方向; 运动电荷的速度方向与磁感应强度方向不一定垂直,但洛伦兹力方向一定垂直于B、v所决定的平面; 电场对电荷的作用力的大小仅决定于场强E和电荷量q ,与电荷是运动的还是静止的无关
例2如图1所示,空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场的方向竖直向下,磁场的方向垂直纸面向里,一带电油滴P恰好处于静止状态,则下列说法正确的是( )
(A) 若撤去电场,P可能做匀加速直线运动
(B) 若撤去磁场,P可能做匀加速直线运动
(C) 若给P一初速度,P可能做匀速直线运动
(D) 若给P一初速度,P可能做顺时针方向的匀速圆周运动
三、两种力的作用效果不同
一般情况下,电场力能够改变带电粒子速度的大小和方向、并且还能对带电粒子做功,电场力做功跟运动路径无关
洛伦兹力只改变带电粒子运动的方向,不改变带电粒子运动速度的大小;因为洛伦兹力的方向始终与粒子的速度方向垂直;所以洛伦兹力对运动电荷永不做功
特别注意: 当带电粒子的速度方向与磁感应强度方向平行时,洛伦兹力f=0; 电场力可能对电荷做正功、负功、不做功
例3如图2所示,下端封闭、上端开口、内壁光滑的细玻璃管竖直放置,管底有一带电的小球.整个装置以水平向右的速度匀速运动.垂直于磁场方向进入方向水平的匀强磁场,由于外力作用,玻璃管在磁场中的速度保持不变,最终小球从上端开口飞出,小球的电荷量始终保持不变,则从玻璃管进入磁场到小球运动到上端开口的过程中( )
(A) 洛伦兹力对小球做正功
(B) 洛伦兹力对小球不做功
(C) 小球运动轨迹是抛物线
(D) 小球运动轨迹是直线
综上所述,由于电场与磁场有许多相似之处,导致我们对电场力与洛伦兹力的认识会出现误区,我们通过从不同的角度加以比较,更加全面、清楚地认识到两者的区别,这对我们在后面的学习中就不会出现模棱两可、似是而非的问题了,对我们掌握知识也是非常重要的