論安培力與洛倫茲力的關聯性

摘要：安培力和洛倫茲力作為最為常見的兩種電磁力，關于它們之間的聯系，以及安培力的微觀本質在傳統的研究當中形成的多種觀點，比如“碰撞傳遞效應理論”“霍爾電場” “正離子受力機制”等。這些觀點都存在著一些不能自洽的局限性，甚至本身都是一種錯誤，這也就使得對于安培力和洛倫茲力的關聯性仍然具有討論的價值。隨著時代科技的不斷發展，人類對于微觀本質的探索也在持續推進。主要通過對傳統觀念下的安培力本質觀點的闡述以及對其提出疑問，然后以較為簡便的理解方式及推導關系得出安培力與洛倫茲力的聯系。

關鍵詞：安培力；洛倫茲力；微觀本質

中圖分類號：O4-1文獻標識碼：A

Abstract：Ampere force and Lorentz force as the two most common electromagnetic forces，about their connection，and the microscopic nature of ampere force in traditional research formed a variety of views，such as "collision transfer effect theory"，"Hall electric field"，"ampere force is the resultant force of Lorentz force"，"positive ion force mechanism" and so on.These views have some inconsistent limitations，and are even errors in themselves，which makes the correlation between amperometric and Lorentz forces still valuable for discussion.With the continuous development of science and technology of the times，human exploration of microscopic essence is also continuously advancing.This paper elaborates and questions the essential view of Ampere force under the traditional concept，and then obtains the connection between Ampere force and Lorentz force in a simpler way of understanding and deriving the relationship.

Keywords：ampere force；Lorentz force；Microscopic essence

對于談論安培力和洛倫茲力的關聯性時，兩者的關系是不能割裂開來談論的。關于兩者的討論，是學術界爭論不斷的話題，每個人都有自己對其的理解和看法。不同的立足點，也就使得安培力的微觀本質方向變得多樣化。目前各種觀點都有不能解釋的問題，接下內容主要以安培力、洛倫茲力的定義開始論述，并且對前人研究的觀點進行解釋，最后以簡單的思路對其進行描述。

1 安培力是什么

2 安培力的微觀本質觀點的闡述

2.1 碰撞傳遞效應理論

2.2 霍爾電場理論

“霍爾電場理論”：導體內的自由電荷在洛倫茲力的作用下以圓周運動的方式做側向漂移運動，結果在導線的兩端分布正負電荷，在上下兩側之間產生霍爾電場阻礙運動的電荷側向偏移，當運動電荷受力平衡時，受到的凈力為零，自由電荷不再進行側向偏移，而此時晶格中的正電荷只受到的霍爾電場作用，其霍爾電場對晶格正電荷的霍爾電場力總的合力體現為宏觀上的安培力。［5］

對于“霍爾電場理論”的三個疑問：

疑問一：正負帶電粒子在形成的霍爾電場中，電荷移動達到動態平衡（即不隨時間變化），此時霍爾電場為穩恒電場，穩恒電場遵循牛頓第三定律，在霍爾電場中的電荷以及晶格正離子會受到大小相等、方向相反的電場力以及反作用力，這些力都被平衡掉了，因此不能表現為宏觀上的安培力［6］；

疑問二：在磁場中的定向移動的帶電粒子，受到洛倫茲力會做圓周運動，并不會在導體中做側向徑直遷移，通過電子束的磁偏轉實驗也可以知道，運動帶電粒子較多發生偏轉并非圓周運動，在側向遷移過程中有可能碰撞到導體表層粒子，導體應該會呈現出不穩定性，若可以發生側向徑直遷移，依據霍爾電場的觀點，有帶電粒子受洛倫茲力的遷移而產生的霍爾電場，在偏轉達到平衡后就沒有帶電粒子的遷移，霍爾電場也會消失；

疑問三：形成霍爾電場后，霍爾電場會對晶格正離子產生電場力的作用，也會對負離子產生電場力的作用，這兩個力大小相等，方向相反，并且屬于內力，并不會在宏觀上影響電流強度，從而影響安培力的大小。

2.3 正離子受力機制理論

“正離子受力機制”：導線處在磁場中，受到洛倫茲力的作用下，建立霍爾電場，對導體中的正離子施加以霍爾電場力的作用，對宏觀的安培力有所貢獻。

3 安培力與洛倫茲力關系的簡單推導

3.1 電流元靜止情況

3.2 霍爾電場相對靜止情況

4 安培力與洛倫茲力關系的簡單理解

5 結論

參考文獻：

［1］賈瑞皋，薛慶忠.電磁學（第二版）［M］.北京：高等教育出版社，2011：162-163.

［2］陶東紅.關于安培力與洛侖茲力［J］.物理教學，2008，30（05）：58.

［3］趙凱華，陳熙謀.試評安培力起源的討論［J］.大學物理，1992（10）：26-28.

［4］張靖武.略論安培力與洛侖茲力的關系［J］.物理教學，1981（05）：34-37.

［5］程守洙，江之永.普通物理學（第五版）［M］.北京：高等教育出版社，1998.

［6］章維.新課程理念下高中物理安培力概念的教學研究［D］.蘇州大學，2011.

［7］秦祥熙.小議安培力［J］.大學物理，2001（11）：46.

［8］崔邦軍.安培力的經典微觀說［J］.煤炭技術，2012，31（06）：46-47.

［9］李進斌.洛倫茲力對帶電粒子做功嗎？［J］.物理教學，2019，41（04）：13-14+3.

作者簡介：吳權恒（2002—），男，漢族，河南鶴壁人，本科在讀，研究方向：物理學。

通訊作者：陳云飛（1995—），男，漢族，甘肅平涼人，碩士，講師，研究方向：物理學。