不同能量的电子在均匀磁场中运动规律的实验

1、不同能量的电子在均匀磁场中运动规律的实验季 灏上海东方电磁波研究所，202150上海摘要：当荷电粒子的运动方向与静止匀强磁场方向垂直时，在静磁场洛伦兹力作用下，作圆周运动。通过实验，发现运动的规律并不如狭义相对论预言的结果。关键词：狭义相对论、磁场、洛伦兹力、圆周运动1、引言：根据牛顿经典理论1,两惯性系之间的变换是伽利略变换，物质的质量是不变量。根据狭义相对论2,两惯性系之间的变换是洛伦兹变换，物质的质量不再是不变量，它是速度的函数，时间与空间不再各自独立。然而，不管是牛顿理论或是爱因斯坦狭义相对论都假定电子受的洛伦兹力（理论值）不随电子运动速度的改变而改变，但本文作者2006年完成关于电子

2、洛伦兹力和能量测量的实验证明，电子受的洛伦兹力（理论值）随速度的增加而减小3，为进一步研究电子速度和质量的关系，作者设计本实验。将证明电子质量与速度没有相对论预言的关系。2、均匀磁场中六种不同能量电子的磁偏转实验。由美国瓦里安2300C/D型加速器出来的20MeV、16MeV、12MeV、9MeV、6MeV、4MeV电子束流经10cm厚的铅铁组合准直器出来的电子束流垂直入射到0.1210T的均匀磁场，实验装置如图1：图1电子束在静磁场中偏转实验电子束流限束器均匀磁场由电磁理论可知，当电子进入强度均匀、方向与磁场方向垂直时，电子将在磁场中作半径为R的均速圆周运动。 （1）其中，根据相对论m为相对

3、论质量，m0为静止质量 （2）其中受力F我们还是以传统的洛伦兹力（理论值）不受速度影响时计算。根据初始条件得： （3）根据相对论，电子的能量为20MeV、16MeV、12MeV、9MeV、6MeV、4MeV时，对应的速度如表1。表1 各种电子能量速度对照表能量E(MeV)201612964速度（c）0.99970.99950.99920.99860.99690.9908由于VC，作用力近似为ecB，由式： （4） 可得 （5）由于根据瓦里安2300C/D所提供能量值，mc2为已知值，vc则可得能量与半径近似成正比关系。根据相对论理论，可得表2，能量与半径的一一对应值。表2 0.121T电子能量

4、圆周半径理论值关系能量E(MeV)201612964半径R（cm）554433251711我们实验中实际测得的相对论电子能量和圆半径一一对应关系如表3表3 0.121T电子能量圆半径实测值关系能量E(MeV)201612964半径R（cm）1818181818183、结果和分析实验结果发现无论是20MeV、16MeV、12MeV、9MeV、6MeV、4MeV能量的电子在同一0.121T均匀磁场中它们的运动轨迹几乎是同一个圆。为此，我们可以得到这样的结论，电子的速度在接近光速时，速度的微小变化，它的质量并不如相对论预言的变化。用同样的办法作者在匀强电场中得到相同的结果。参考文献：1Newton, I., The Principia: Mathematical Principles of Natural Philosophy (Trans.I. B. Cohen and A.Whitman). Berkeley, CA: University of California Press, 1999.2Jackson, J.D., Classical Electrod