电场力与作用电荷运动速度有关的实验证实.doc

电场力与作用电荷运动速度有关的实验证实 肖军 笔者已证明，电子相对电场源以速度运动时，受到电场的作用力不再是，其中是电场的单位方向矢量。而是 （1） 尤其是当的方向与的方向垂直时，有 （2） 这一结论利用Bucherer（1909）实验装置能够证实。 一、Bucherer的实验 Bucherer的实验装置如图1所示。让镭源发射的电子通过电容器两平行板间的空隙，因在两平板间加有沿负轴方向的电场和沿负轴方向均匀磁场。则当电子沿正轴方向运动时，必将同时受到一个沿正轴方向的电力和一个沿负轴方向的磁力的作用。如果这两个力满足 图1 Bucherer（1909）实验 （3） 电子沿正轴方向才能够沿平板间的空隙跑出电容器。假设电子跑出平板电容器后的速度为，运动电子在平板外受磁场的作用将作半径为 （4） 的圆周运动，其中 （5） 是电子的静止质量；是光速。 按照库仑定律，运动电子在电容器两平行板间的空隙中受到电场和磁场的作用力分别是 （6） （7） 把（6）式和（7）式代入（3）式，则可得到 （8） 其中 （9） 是加在平板电容器两平行板间空隙中电场和磁场的比值。把（8）式代入（4）式可得到，在电场力与电子运动速度无关情形时电子运动的轨道半径与的关系是 （10） 由（8）式知，在适当选取和后，可得到等于或大于光速结果，这与电子的实际运动速度不能相符。这说明库仑定律并不能真实反映电场对运动电子的作用力。 若按照（2）式结果，运动电子在电容器两平行板间的空隙中受到电场的作用力是 （11） 把（11）式和（7）式代入（3）式，得到的电子运动速度是 （12） 显然，（12）式就不会出现（8）式大于光速的结果，无论和取何值，由（12）式得到的都不会超过光速。 若把（12）式代入（4）式则可得到，在电场力与电子运动速度有关情形时电子运动的轨道半径与的关系是 （13） 从表1看出，在范围内，分别由（10）、（13）两式计算得到的半径值在同一处明显不同，（10）式给出的半径是随的微小改变产生较大变化，（13）式给出的半径则是随的微小改变仅有较小变化。究竟那一种结果正确，季灏实验可给出断定。 表1 取时两种值的对比 电磁比 0.9 0.95 0.99 0.999 0.9997 由（10）式计算 0.37 0.55 1.26 4.02 7.35 由（13）式计算 0.16 0.17 0.18 0.18 0.18 二、季灏偏转实验 上海东方电磁波研究所季灏先生，利用美国瓦里安2300C/D型加速器产生的20MeV、16MeV、12MeV、9MeV、6MeV、4MeV电子束分别垂直入射到0.1210T的均匀磁场中，并测其在磁场中园周运动轨迹半径，实验装置如图2所示。实验 结果发现，电子以近光速运动情形，6种能量电子在外磁场中的运动圆轨迹半径几乎相同，这同由（13）式计算结果相符。进而能够证实运动电子受到电场的作用力是满足（11）式，而并非是（6）式的库仑电场作用力。 需指出，季灏实验中电子加速管获取高速运动电子，这个高速运动电子的速度速度选择器，电场和磁场是加在这个速度选择器上的电磁场，是电子加速管中电场。季灏实验中虽然没有用到速度选择器，但其电子能量的确定实际上是用电子速度选择器的，和磁场的比值来确定电子的速度 （14） 这是动质量关于速度的函数。对于电场力与电子运动速度无关情形，把（8）式代入（14）式可得到动质量关于的函数是 （15） 对于电场力与电子运动速度有关情形，把（12）式代入（14）式，可得到动质量关于的函数是 （16） 显然，当时，由（15）、（16）两式均可得到 （17） 最后，我们把上面两种情形得到的结果分别列于表2中，以便于对比。 表2 电场力与电子运动速度无关情形 电场力与电子运动速度有关情形 电场力 磁场力 电磁比 电子运动速度 电子运动轨迹半径 电子