1、不同能量的電子在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)季 灝上海東方電磁波研究所，202150上海摘要：當(dāng)荷電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與靜止勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，在靜磁場(chǎng)洛倫茲力作用下，作圓周運(yùn)動(dòng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律并不如狹義相對(duì)論預(yù)言的結(jié)果。關(guān)鍵詞：狹義相對(duì)論、磁場(chǎng)、洛倫茲力、圓周運(yùn)動(dòng)1、引言：根據(jù)牛頓經(jīng)典理論1,兩慣性系之間的變換是伽利略變換，物質(zhì)的質(zhì)量是不變量。根據(jù)狹義相對(duì)論2,兩慣性系之間的變換是洛倫茲變換，物質(zhì)的質(zhì)量不再是不變量，它是速度的函數(shù)，時(shí)間與空間不再各自獨(dú)立。然而，不管是牛頓理論或是愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論都假定電子受的洛倫茲力（理論值）不隨電子運(yùn)動(dòng)速度的改變而改變，但本文作者2006年完成關(guān)于電子

2、洛倫茲力和能量測(cè)量的實(shí)驗(yàn)證明，電子受的洛倫茲力（理論值）隨速度的增加而減小3，為進(jìn)一步研究電子速度和質(zhì)量的關(guān)系，作者設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)。將證明電子質(zhì)量與速度沒(méi)有相對(duì)論預(yù)言的關(guān)系。2、均勻磁場(chǎng)中六種不同能量電子的磁偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。由美國(guó)瓦里安2300C/D型加速器出來(lái)的20MeV、16MeV、12MeV、9MeV、6MeV、4MeV電子束流經(jīng)10cm厚的鉛鐵組合準(zhǔn)直器出來(lái)的電子束流垂直入射到0.1210T的均勻磁場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1：圖1電子束在靜磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)電子束流限束器均勻磁場(chǎng)由電磁理論可知，當(dāng)電子進(jìn)入強(qiáng)度均勻、方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，電子將在磁場(chǎng)中作半徑為R的均速圓周運(yùn)動(dòng)。 （1）其中，根據(jù)相對(duì)論m為相對(duì)

3、論質(zhì)量，m0為靜止質(zhì)量 （2）其中受力F我們還是以傳統(tǒng)的洛倫茲力（理論值）不受速度影響時(shí)計(jì)算。根據(jù)初始條件得： （3）根據(jù)相對(duì)論，電子的能量為20MeV、16MeV、12MeV、9MeV、6MeV、4MeV時(shí)，對(duì)應(yīng)的速度如表1。表1 各種電子能量速度對(duì)照表能量E(MeV)201612964速度（c）0.99970.99950.99920.99860.99690.9908由于VC，作用力近似為ecB，由式： （4） 可得 （5）由于根據(jù)瓦里安2300C/D所提供能量值，mc2為已知值，vc則可得能量與半徑近似成正比關(guān)系。根據(jù)相對(duì)論理論，可得表2，能量與半徑的一一對(duì)應(yīng)值。表2 0.121T電子能量

4、圓周半徑理論值關(guān)系能量E(MeV)201612964半徑R（cm）554433251711我們實(shí)驗(yàn)中實(shí)際測(cè)得的相對(duì)論電子能量和圓半徑一一對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3表3 0.121T電子能量圓半徑實(shí)測(cè)值關(guān)系能量E(MeV)201612964半徑R（cm）1818181818183、結(jié)果和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)論是20MeV、16MeV、12MeV、9MeV、6MeV、4MeV能量的電子在同一0.121T均勻磁場(chǎng)中它們的運(yùn)動(dòng)軌跡幾乎是同一個(gè)圓。為此，我們可以得到這樣的結(jié)論，電子的速度在接近光速時(shí)，速度的微小變化，它的質(zhì)量并不如相對(duì)論預(yù)言的變化。用同樣的辦法作者在勻強(qiáng)電場(chǎng)中得到相同的結(jié)果。參考文獻(xiàn)：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