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，带有电荷的粒子相对电场源以速度运动时，粒子受到电场的作用力不再是。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）实验装置就能够证实。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内电场和沿负轴方向均匀内磁场。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。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，在平行板外又受外加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。下面根据电场力是否与电子运动速度有关分两种情形讨论：1、电场力与电子运动速度无关情形目前普遍认为，运动电子在电容器两平行板间空隙中受到内电场的作用力是 （6）把（6）式和 （7）代入（3）式，则可得到 （8）再把（8）式代入（5）式，就可得到 （9）表1是在已知值后，由（9）、（4）两式计算得到的电子圆周运动轨道半径的理论结果（取）。表10.90.950.990.9990.99972.063.047.0222.3440.820.370.551.264.027.352、电场力与电子运动速度有关情形按照（2）式结果，运动电子在电容器两平行板间空隙中受到内电场的作用力是 （10）把（10）式和（7）式代入（3）式，有 （11）再把（11）式代入（5）式，则可得到 （12）表2是在已知值后，由（12）、（4）两式计算得到的电子圆周运动轨道半径的理论结果（取）。表20.90.950.990.9990.99970.90.950.990.9990.99970.160.170.180.180.18很明显，当时，两种情形计算的半径值明显不同，表1给出的半径随的微小改变会产生较大变化。而表2给出的半径随的微小改变仅有较小变化，并趋于常量。上面的两种情形究竟那种结果正确，需要靠实验来判断。上海东方电磁波研究所季灏先生，利用美国瓦里安2300C/D型加速器出来的20MeV、16MeV、12MeV、9MeV、6MeV、4MeV电子束垂直入射到0.1210T的均匀磁场，实验装置如图2：图2电子束在静磁场中偏转实验电子束流限束器均匀磁场 实验结果发现，6种能量的电子在同一0.121T均匀外磁场中它们的运动圆轨迹半径几乎相同，这同表2结果相符。由此我们可以得出结论，运动电子受到电场的作用力是满足（10）式，而并非是（6）式的库仑电场作用力。附：相关问题的讨论1、质速关系式在（4）式中应用了质速关系式 （13）这是动质量关于速度的函数。对于第1种情形，把（8）式代入（13）式可得到动质量关于的函数是 （14）对于第2种情形，把（11）式代入（13）式，可得到动质量关于的函数是 （15）显然，当时，由（14）、（15）两式均可得到 （16）2、电子运动速度的确定在Bucherer的实验中，进入外磁场作圆周运动的电子运动速度通常是用速度选择器来确定，选择器实质就是一个平板电容器，在两极板间加上电场和磁场，在两极板间运动的电子受到的电场力和磁场力只有达到平衡时，电子才能够穿出极板进入外磁场，对于第1种情形，穿出极板电子的运动速度与关系是该式存在有一个致命问题，在适当选取和后，可得到等于或大于光速。这表明时，不可能再有电子从两极板间穿过。而对于第2种静形，电子运动速度与关系是该式只有在趋于无穷大时，才会趋于光速。实际情况如何？还有待验证。季灏实验中电子加速管中的电场不是文中说的电场，电子加速管中的电场改变是可以改变电子的运动速度，这是获取高速运动电子的必备设备，这个高速运动电子的速度是由谁来确定，首选设备就是速度选择器，我文中所说的内电场和内磁场就是指加在这个速度选择器上的横向电磁场，而不是电子加速管中的纵向电场。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就是用电子速度选择器完成的，并且是认为就是电子的运动速度，由此得到的轨道半径就是表1结果。其实，电子的运动速度不等于，而