这是早先用来检测电子质量的一个实验。
在一个长平板电容器的两极板上,加有一个沿-y轴方向的电场E;同时,在沿-z轴向加有一均匀的外加磁场B。
镭源发射的β射线通过电容器之间的缝隙,因此,在电容器中沿x轴正向运动的电子,将同时受到一个沿y轴正向的电场力和一个沿y轴负向的磁场力(洛伦兹力)。
这样,只有那些达到一定速度,受到的洛伦兹力与电场力相等的粒子,才有可能冲出电容器,否则,就会偏离x轴,从而为电容器极板俘获。因此,这里的电容器相当于一个速度选择器。
此后,它们将失去电场力,而在洛伦兹力的作用下运动方向发生偏转,其偏转轨迹被安放在一定距离处的照相底板所记录,通过前面得知的粒子的速度,加上这里的偏转半径就能够计算出β射线粒子的质量。
这种检测带电粒子质量的方法被现今的质谱仪广泛采用。
但是,仔细分析这一原理后,我们发现这样一个问题:就是我们觉得电子在刚开始运动的瞬间,它所受到的洛伦兹力和电场力可能不是同时产生的,因为:镭源中的电子在未运动之前就已受到电场力的作用,而洛伦兹力的作用是有条件的,它必须在电子运动后才产生。
当我们无法否认对电子施加洛伦兹力的主体是磁体,并且电磁场从中传递这种作用时,那么,从电子在磁场中刚开始运动的瞬间,来分析它的受力情况,当时间趋于无穷小时,其对磁场产生的扰动,并由此导致磁体形成的反作用不可能瞬间传递给电子。
因传递这一作用的电磁场的速度是有限的(以光速),应当存在一个延迟过程。就是说电子在刚开始运动的瞬间是不受洛伦兹力作用的,而是稍后(指与电场力对抗的那个洛伦兹力)。就象飞机要先在跑道上起飞,尔后才有升力。
为了更清楚的表达我们的想法,将上图换一个视角来分析:
如图所示:β粒子在B点处对磁场的扰动,不可能在B点处立刻受到磁体对它施加的洛伦兹力,而是当它运动至C点后。
立即能够看出,其实,这一效应并不只发生在粒子刚运动瞬间,而是延续至粒子运动的整个过程。如我们从整个运动轨迹中取一点来分析,它在该点处受到的洛伦兹力,只是它先前对磁场产生扰动的结果,或者说:粒子在某点处受到的洛伦兹力,只取决于它先前的速度。
这是因为受到电磁相互作用传递速度的制约,事实上,这一效应与经典电磁理论中的推迟势是同一实质。
我们将经典洛伦兹力公通过这一效应加以修正后,得出了运动粒子质量增大的真正原因,一些公式这里没法贴,欢迎有兴趣的网友来信索取。jhld_jam@yahoo.com.cn
以上只是我们的一些肤浅的想法,也不知对不对,欢迎沈先生和张先生指正:这里的洛伦兹力和电场力是同时产生的吗(当然,这里的洛伦兹力是指与电场力对抗的那个力)?