洛伦兹力和安培力

洛伦兹力（Lorentz Force）

1.定义

洛伦兹力是指运动电荷在电磁场中所受到的总力，包括电场力和磁场力两部分。 根据经典电动力学，质量为$m$，电荷为$q$的带电粒子收到的洛伦兹力为
$F=qB\times v$或$F=qBvsin\theta$

其中$v$为速度的大小，$\theta$为速度与磁场方向的夹角。

注意

中学物理教科书中定义的洛仑兹力与大学电动力学教科书中定义的洛仑兹力不同。

中学教科书的洛仑兹力只包括磁场部分，大学电动力学教科书中定义的洛仑兹力是所有的电磁力，既包括磁场部分，也包括电场部分。如无特殊强调，下述洛伦兹力均采用中学所采用的定义。

2.特点

• 方向：由左手定则确定，将左手掌摊平，让磁感线穿过手掌心，四指表示正电荷运动方向，则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。但须注意，运动电荷是正的，大拇指的指向即为洛伦兹力的方向。反之，如果运动电荷是负的，仍用四指表示电荷运动方向，那么大拇指的指向的反方向为洛伦兹力方向。
• 做功：因为F_B⊥v，所以磁场力不改变粒子动能，只改变运动方向。
• 洛伦兹力定律是一个基本公理，不是从别的理论推导出来的定律，而是由多次重复完成的实验所得到的同样的结果。

3. 应用实例

• 回旋加速器
• 质谱仪
• 阴极射线管（CRT）
• 地球磁场偏转宇宙射线（范艾伦辐射带）

安培力（Ampère's Force）

1. 定义

安培力是指通电导线在磁场中所受到的力。它是洛伦兹力在宏观电流上的体现。

2. 公式

对一段微小导线元$d\overrightarrow{l}$，电流为$I$，在磁场$\overrightarrow{B}$中受力为：

$d\overrightarrow{F}=Id\overrightarrow{l}\times \overrightarrow{B}$

对于直导线且磁场均匀时，对两侧积分得到总安培力为：

$\overrightarrow{F}=I\overrightarrow{L}\times \overrightarrow{B}$

大小为

$F=BIl\sin \theta$

其中，$I$：电流强度（A）;$L$：导线长度矢量，方向与电流方向相同 ;$B$：磁感应强度;$\theta$为电流方向与磁场方向的夹角