對《洛倫茲力做功微探》一文觀點的商榷

方林

(巢湖市第四中學 安徽 巢湖 238000)

貴刊在2010年第9期刊登的《洛倫茲力做功微探》一文[1]，提出在以相對磁場運動的參考系中洛倫茲力會做功的觀點，值得推敲.筆者有幾點不同的想法，提出來商榷.

首先，“以磁場為參考系”的說法值得商榷.眾所周知，電磁場是一種能量的表現形式，是電磁作用的媒介物，具有能量和動量，是物質存在的一種形式，但它們不能作為普通物體運動狀態的對比參考系；這是物理學的一個基本觀點，也是場與實物的區別之一.因為場一旦被場源(磁體或載流線圈)激發，就是一種獨立于場源的客觀實體，不論對什么參考系，它在真空中總是以光速運動，場源的運動與場的運動不是一回事，故不能說成是“以磁場為參考系”.

其次，文中將帶電小球與導線中電子做類比；指出在電磁感應實驗中，不管導線是否運動，只要導線切割磁感線，閉合電路中總能產生感應電流.從而進一步得出結論：在本題中由于磁場運動，帶電小球必受垂直向上的洛倫茲力，故小球能離開絕緣直管.實際上，磁場的源與閉合導線回路的相對運動所產生的感應電動勢包括兩種原因不同的感應電動勢.場源靜止時，運動導線回路中的感應電動勢屬于動生電動勢；場源運動導致磁場變化時，靜止回路中產生的感應電動勢屬于感生電動勢.這里的靜止和運動都是相對觀察者或實驗室參考系而言的.根據運動的相對性，抹煞這里靜止和運動的區別是不妥當的.因而，所謂“運動的場源產生的磁場對靜止導線中的電荷有洛倫茲力作用”、“靜止”的磁場在運動導體中引起感應電場之類的說法都是不正確的.這就是說，對于一個給定的參考系，動生電動勢和感生電動勢是兩種獨立的現象.同樣，把回路相對實驗室參考系或場源的運動說成是回路相對磁場的運動，或者把場源相對實驗室參考系的運動說成是場相對導線回路的運動都是不妥當的.因而所謂“磁場的源運動時，磁感線也跟著運動，因而引起回路的磁感線變化或運動的磁感線切割導線”等說法都是不妥當的[2].

再次，磁場的基本性質是對處于磁場中的磁體、電流、運動電荷有力的作用;而這些力都是通過磁場來傳遞的.磁場對運動電荷所產生的力實質上是由運動電荷自身激發磁場，從而受到原磁場通過磁場施加給它的洛倫茲力作用，也就是說電荷必須運動激發磁場才能與原磁場B有相互作用.這里所說電荷的運動是以什么為參考系呢?這就要考慮公式F=qvB中的電荷運動的速度問題.速度具有相對性，選擇不同的參考系，會有不同的結果.常有下列幾種看法：

(1)電荷相對于磁場的速度；

(2)通電導線中的電荷相對于導體的速度；

(3)電荷相對于觀察者或實驗室參考系的速度.

如果磁場和觀察者相對靜止，這三種理解是等效的.但在一般情況下，(1)、(2)的理解是錯誤的;只有第(3)種理解是正確的(證明過程可參照參考文獻[3]).所以從洛倫茲力產生的本質上來講，第一，既然公式中的v理解為“相對于觀察者或實驗室參考系”所靜止的那個參考系的速度，按照這個思路，磁場盡管水平向左運動，但帶電小球處于靜止，不激發磁場，即帶電小球不會受到洛倫茲力，也就無所謂做功問題；第二，洛倫茲力的方向總是與運動電荷的速度方向垂直，也能說明洛倫茲力對電荷永不做功，這一點文中在進一步探討后也加以證實.

參考文獻

1 李中玉.洛倫茲力做功微探.物理通報，2010(9)：78～79

2 賈起明，鄭永令，陳暨耀.電磁學.北京：高等教育出版社，2001.218

3 劉力.速度v的參照系該選哪一個.海南廣播電視大學學報，2001(4)：46～48