电场力与作用电荷运动速度有关的实验证实

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wr运动时，受到电场Er的作用力不再是0eFeEeEkrrr，其中0kr是电场Er的单位方向矢量。而是201/eFeEkwcrrrr（1）尤其是当wr的方向与Er的方向垂直时，有221/eFeEwcrr（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y轴方向的电场E平r和沿负z轴方向均匀磁场B平r。则当电子沿正x轴方向运动时，必将同时受到一个沿正y轴方向的电力eFr和一个沿负y轴方向的磁力mFr的作用。如果这两个力满足图1Bucherer（1909）实验emFFrr（3）电子沿正x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w，运动电子在平板外受磁场B外r的作用将作半径为022/1/mwwceBwc外（4）的圆周运动，其中00mceB外（5）0m是电子的静止质量；c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E平r和磁场B平r的作用力分别是eFeE平rr（6）mFewB平rrr（7）把（6）式和（7）式代入（3）式，则可得到wc（8）其中/EcB平平（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021（10）由（8）式知，在适当选取E平和B平后，可得到w等于或大于光速c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E平的作用力是221/eFeEwc平rr（11）把（11）式和（7）式代入（3）式，得到的电子运动速度是21wc（12）显然，（12）式就不会出现（8）式大于光速c的结果，无论E平和B平取何值，由（12）式得到的w都不会超过光速c。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0（13）从表1看出，在0.91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00.18时两种值的对比电磁比0.90.950.990.9990.9997由（10）式计算0.370.551.264.027.35由（13）式计算0.160.170.180.180.18二、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E平r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，季灏实验中是用电子加速管加速电子获取高速运动电子，这个高速运动电子的速度应是由速度选择器来测定，前面提到的电场E平和磁场B平就是加在这个速度选择器上的电场和磁场，并非是电子加速管中用于加速电子的电场。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度选择器完成的，并通过电场E平和磁场B平的比值来确定电子的运动速度。三、质速关系式在（4）式中应用了质速关系式0221/mmwwc（14）这是动质量m关于速度w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m关于的函数是021mm（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m关于的函数是201mm（16）显然，当1时，由（15）、（16）两式均可得到20112mm（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eFeE平rr221/eFeEwc平rr磁场力mFewB平rrrmFewB平rrr电磁比/EcB平平/EcB平平电子运动速度wc21wc电子运动轨迹半径00222/1/1wcwc0022/1/wcwc电子的动静质量比2220111/1mmwc2220111/mmwc