从一道题谈洛伦兹力做功为零

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作者简介：陈国文，性别男，汉族，籍贯河南省，现就职于平顶山市叶县第一高级中学

摘要：磁场中的两个力：安培力和洛伦兹力是本章的重点和难点，学生受安培力对载流导体可以做正功，也可以做负功的影响，遇到具体问题时会不自觉认为洛伦兹力也会做功，甚至对“洛伦兹力永远对带电粒子不做功”产生怀疑。

关键词：安培力；洛伦兹力；正功；负功

磁场中的两个力：安培力和洛伦兹力是本章的重点和难点，学生受安培力对载流导体可以做正功，也可以做负功的影响，遇到具体问题时会不自觉认为洛伦兹力也会做功，甚至对“洛伦兹力永远对带电粒子不做功”产生怀疑。

例如：有这样一道习题，在空间有匀强磁场，磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为B，光滑绝缘空心细管MN的长度为h，管内M端由一质量为m、带正电q的小球，开始时小球相对管静止，管带着小球沿垂直于管长度方向的恒定速度u向图1中右方向运动，设重力及其他阻力均可忽略不计。（1）当小球相对管上升的速度为v时，小球上升的加速度多大？（2）小球从管的另一端N离开管口后，在磁场中作圆周运动的圆半径多大？（3）小球在从管的M端到N端的过程中，管壁对小球做的功是多少？（4）小球在管中增加的机械能是多少？

对小球受力分析后得出：在水平方向只受空心细管向右的弹力N，该力不可能在竖直方向有分量，而阻力和重力又不计，竖直方向又获得了速度v，根据动能定理，竖直方向必有力做功，这个力只能是带点小球受的洛伦兹力，得出洛伦兹力做功的结论。出现这一问题的原因是：对洛伦兹力做功的本质及运动的合成与分解没有理解透彻。当空心金属管向右以速度u匀速运动时，小球受洛伦兹力F1的作用，方向向上，根据在水平方向上小球做匀速运动，所以，小球在竖直方向上所受到的洛伦兹力F1=quB不变，加速度为a=quBm，可以判断小球在坚直方向上做匀加速直线运动，如图2所示，

总之，洛伦兹力仍永远不做功，但可改变带电粒子运动的方向，当其中的一个分力做正功时必然另一个分力做负功，总功为零，所以不能认为某一方向上洛伦兹力的分力做正功时，就认为是洛伦兹力做功。