《洛伦兹力》 讲义

《洛伦兹力》讲义
一、什么是洛伦兹力
在物理学中，洛伦兹力是指运动电荷在磁场中所受到的力。

当电荷
在磁场中运动时，磁场会对电荷施加一种力的作用，这就是洛伦兹力。

要理解洛伦兹力，我们先从电荷和磁场的基本概念说起。

电荷是物
质的一种基本属性，分为正电荷和负电荷。

而磁场是一种看不见、摸
不着，但却真实存在的物质，它可以对处于其中的磁体或运动电荷产
生力的作用。

洛伦兹力的大小与电荷的电荷量、运动速度、磁场的磁感应强度以
及电荷运动方向与磁场方向的夹角有关。

其数学表达式为：F ＝
qvBsinθ，其中 F 表示洛伦兹力，q 表示电荷量，v 表示电荷的运动速度，B 表示磁感应强度，θ 是电荷运动方向与磁场方向的夹角。

二、洛伦兹力的方向
洛伦兹力的方向遵循左手定则。

伸出左手，让磁感线穿过掌心，四
指指向正电荷运动的方向（如果是负电荷，则四指指向电荷运动的反
方向），大拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。

需要注意的是，洛伦兹力的方向总是垂直于电荷的运动方向和磁场
方向所确定的平面。

这意味着洛伦兹力只会改变电荷运动的方向，而
不会改变其速度的大小。

三、洛伦兹力的特点
1、洛伦兹力始终与电荷的运动方向垂直，因此洛伦兹力对运动电荷不做功。

它只是改变电荷的运动方向，而不会增加或减少电荷的动能。

2、洛伦兹力的大小与电荷的运动速度有关。

当电荷的运动速度越大，所受到的洛伦兹力也就越大。

3、洛伦兹力还与磁场的磁感应强度以及电荷运动方向与磁场方向的夹角有关。

当夹角为 0 度或 180 度时，洛伦兹力为零；当夹角为 90 度时，洛伦兹力最大。

四、洛伦兹力的应用
1、质谱仪
质谱仪是一种用于测量带电粒子质量和比荷的仪器。

其工作原理就是利用洛伦兹力。

带电粒子在电场中加速获得一定的速度，然后进入磁场中，在洛伦兹力的作用下做圆周运动。

通过测量粒子做圆周运动的半径和所加磁场的磁感应强度，就可以计算出粒子的质量和比荷。

2、回旋加速器
回旋加速器也是基于洛伦兹力的原理工作的。

它通过电场对带电粒子进行加速，然后让粒子在磁场中做圆周运动，不断重复加速过程，从而使粒子获得很高的能量。

3、磁流体发电机
磁流体发电机是一种新型的发电装置。

在高温下，等离子体（含有
大量自由电子和正离子的气体）以高速通过磁场，在洛伦兹力的作用下，正负电荷分别向不同的方向偏转，从而在两极板上产生电势差，
实现发电。

五、洛伦兹力与安培力的关系
安培力是指通电导线在磁场中所受到的力。

实际上，安培力是洛伦
兹力的宏观表现。

我们知道，电流是由大量自由电子定向移动形成的。

当导线中通有
电流时，其中的自由电子在磁场中会受到洛伦兹力的作用。

这些自由
电子受到的洛伦兹力的宏观表现就是导线所受到的安培力。

六、洛伦兹力与现代科技
在现代科技中，洛伦兹力有着广泛的应用。

例如，在电子显微镜中，利用磁场对电子束的偏转作用，可以使电子束聚焦，从而获得更高的
分辨率。

在磁悬浮列车中，利用洛伦兹力使列车悬浮在轨道上方，减
少了摩擦力，提高了列车的运行速度。

七、洛伦兹力的深入理解
要深入理解洛伦兹力，需要从微观和宏观两个层面进行思考。

从微
观角度看，洛伦兹力是磁场对单个电荷作用的体现；从宏观角度看，
它与电流、电场等物理量密切相关，共同构成了电磁学的重要组成部分。

同时，洛伦兹力的概念也与相对论有着一定的联系。

在高速运动的
情况下，需要考虑相对论效应来修正洛伦兹力的表达式。

八、总结
洛伦兹力是电磁学中的一个重要概念，它对于理解电荷在磁场中的
运动以及许多电磁现象和相关技术的原理都具有关键作用。

通过对洛
伦兹力的学习，我们能够更好地认识和掌握电磁学的知识，为进一步
探索物理学的奥秘和应用物理学知识解决实际问题打下坚实的基础。

总之，洛伦兹力虽然看似抽象，但通过深入学习和实际应用的了解，我们能够逐渐揭开它神秘的面纱，感受到物理学的魅力和力量。