这一现象的根本原因在于:洛伦兹力对运动电荷永远不做功,而动能的变化只取决于外力做的功。
一、从方向关系看。
由左手定则可知,洛伦兹力的方向总是垂直于电荷速度方向和磁场方向所决定的平面。也就是说,洛伦兹力在任何时刻都与电荷的瞬时速度方向垂直。而做功的条件是力在位移方向(即速度方向)上有力的大小的分量,即W=F·s·cosθ。当力与速度垂直时,cosθ=90°=0,功恒为零。
二、从动能定理看。
动能定理指出,物体动能的变化等于合外力做的功。既然洛伦兹力做功始终为零,它就不可能改变电荷的动能。因此,电荷在只受洛伦兹力的情况下,速度的大小始终保持不变。
三、洛伦兹力的作用体现。
虽然动能不变,但洛伦兹力并非“无所作为”。它不断改变速度的方向,使电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动(洛伦兹力提供向心力)。速度是矢量,方向改变了,运动状态就改变了,只是速率和动能保持恒定而已。
打个比方:
这就像绳子拉着物体做圆周运动,绳的拉力始终指向圆心、与速度垂直,也不做功,但正是它维持着圆周运动。洛伦兹力扮演的就是这种“只改方向、不改快慢”的角色。
需要注意区分:
若电荷同时还受电场力或其他力,这些力可能做功而改变动能,但洛伦兹力本身做的功永远是零,这是它与电场力的本质区别之一。
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