关于一个电磁作用力实例的讨论

周　军　张兴华　周　侃

摘要：本文运用狭义相对论分析讨论了一个电磁作用力的实例，进而指出电磁力的作用与惯性系的选择无关，即对一切惯性系都是等价的。

关键词：电场力；磁场力；惯性系；力的协变性

中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2009)6(S)-0038-3

《物理教学》08年第1期“一题一议”栏目《到底哪一种解法正确》一文中给出下列问题：

题目 如图1所示，空间静置的两根绝缘细直棒a、b，两棒都带有等量的负电荷，电荷均匀分布，则关于两棒之间作用力情况描述正确的是

A.两棒之间存在斥力

B.两棒之间存在引力

C.两棒之间无作用力

D.两棒之间可能存在沿直棒方向的作用力

解1 选A。根据静止电荷之间作用力的特点：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。由于两根直棒都带负电荷，所以两者间存在静电斥力。

解2 选B。假设有一辆卡车沿平行于细棒的方向以速度v向右匀速运动，在这里我们就选这辆卡车做参照系，那么两根细棒都以速度v向左运动。两根细棒上带的负电荷都随细棒以速度v向左运动，可以等效为两平行同向直线电流，同向电流互相吸引，因此两者之间存在引力。

匀速运动的卡车和静止的物体都是惯性参考系，对于惯性系而言物体间的相互作用应是等价的，但本题为何不等价呢？

下面，我们根据狭义相对论的相关知识做一讨论。

为了讨论问题的方便，也为了便于说明问题，假设两绝缘细棒距离足够近，我们讨论远离棒两端位置处的相互作用，这样就可以近似用无限长均匀带电直线周围的场强公式E=λ2πε0d和无限长均匀载流直导线周围的磁感应强度公式B=μ0I2πd分析计算两棒上的相互作用力。……