带电粒子在磁场中的运动与电磁波光的关系.DOCVIP

带电粒子在磁场中的运动与电磁波（光）的关系（第三次修改稿） 董树功 董盛巍 提要： 在现有理论中，电磁波也被称为光，只是频率不同，其它一切全相同，而电磁波可以使无线电天线感应出电流，而光却又被称为“光子”，并认为是电中性，这样电磁波与光就有了区别，如何看待这一点，是值得认真讨论的。在人类对光的研究历史中，光曾被认为是“微粒”、“波动”、“量子”、“波粒二象性”现在又被认为是“超弦”，经过几百年的争论，至今没有一个明确的结论。中科院物理所研究员曹则贤在2009年《物理》期刊第8期（P599）讲到：“对于光的本性，我们还有太多太多的不明白，相信对光的理解，一定会为我们带来更多的惊奇”。本文就这一问题继续进行探索。 关键词：电磁波、法拉第效应、光量子、状态共存、粒子。 　　光是最重要的自然现象之一，自牛顿光的微粒说与惠更斯光的波动说的争论至今已经三百多年了，今日认为光有波粒二象性，并由此发展了“量子论”及“超弦”……，但是光的本质认识至今仍没有一个定论，成为人类对自然认识的争论的最长久焦点。 现有大学教科书讲到（见赵凯华《光学》P2—P3）：“近代科学实践证明，光是个十分复杂的客体，对于它的本性问题，只能用它所表现的性质和规律来回答”。 中科院物理所研究员曹则贤对光的论述，有如下的必威体育精装版观点，见中科院物理所《物理》杂志2009年第8期（P599）“对于光的本性，我们还有太多太多的不明白，相信对光的理解，一定会为我们带来更多的惊奇”。 在现有理论中与光的性质有关的有：麦克斯韦的电磁波理论、黑体辐射、干涉、衍射、法拉第效应、光电效应、量子、超弦……等，由于与光的性质有关的表现重多，且其中许多表现在现有理论内已进行过深入讨论几百年，但光的本性仍然没有解决。因此本文采取与以往文不同的方式，从一种新的角度进行讨论。 首先讨论带电粒子在均匀磁场中的运动： 现有理论的论述： 　　赵凯华、陈熙谋《电磁学》（第二版）P144-145 6.3.带电粒子在均匀磁场中的运动。 　　我们分两种情形来讨论带电粒子在均匀磁场中的运动。 （1）粒子的初速垂直于 由于洛伦兹力永远垂直于磁感应强度的平面内，而粒子的初速度也在这平面内，因此它的运动轨迹不会越出这个平面。由于洛伦兹力永远垂直于粒子的速度，它只改变粒子的运动方向，不改变速率，因此粒子在上述平面内作均速圆周运动（图2-62）。设粒子的质量为。圆周轨道的半径为则粒子作圆周运动时的向心加速度为，这里维持粒子作圆周运动的向心力就是洛伦兹力，因与垂直，。洛伦兹力的太小为：，其中为粒子的电荷，按照牛顿第二定律 有： 由此得轨道半径为： （2.75） 带电粒子在磁场中的回旋运动上式表明与成反比，与成反比。 粒子回绕一周所需的时间（即周期）为: （2.76） 而单位时间里所绕的圈数（即频率）为: （2.77） 　　叫作带电粒子在磁场中的回旋共振频率。上式表明，回旋共振频率与粒子的速率和回旋半径（又称拉莫尔半径）无关，这一结论很重要，它是下面即将介绍的磁聚焦和回旋加速器的基本理论依据。 在普遍的情形下，与成任意夹角，这时我们可以把分解为 和 两个分量，它们分别平行和垂直于。若只有分量，磁场对粒子没有作用力，粒子将沿的方向（或其方向）作匀速直线运动。当两个分量同时存在时，粒子的轨迹将成为一条螺旋线（见图2—63），其螺距（即粒子每回转一周时前进的距离”）为： （2.78） 它与分量无关。 对以上现有理论的分析： 在现有大学教科书论述中，已经明确表明：带电粒子在磁场中的运动状态一般都是螺旋线，其螺距即粒子每旋转一圈时前进的距离。这种螺旋线与光的圆偏振态完全相同，螺旋线的径向垂直投影是波状，这种波状态与正弦波—（横波）完全相同。正弦波的波长是带电粒子每转一圈在矢量方向运动的距离，带电粒子在单位时间的回旋圈数（即频率），相对于正弦波的频率。 讨论：在现有大学教科书中，讨论带电粒子运动时考虑了洛伦兹力，而洛伦兹力只是一种观察到的现象，并不知道它的机理是什么，洛伦兹在提出洛伦兹力之时，还没有发现电子（微观粒子），而以上教科书又将洛伦兹力作为运动的向心力，现在的理论认为带电粒子都有磁钜，也就是带电粒子的电磁力都有方向性，这样带电粒子在磁场中运动时受磁场作用而发生旋转，这个使带电粒子发生旋转的力（磁钜）就应该是洛伦兹力，这个洛伦兹力就是由带电粒子磁钜而产生的，这样带电粒子在磁场中运动时每回旋一周（公转）自身也旋转一圈（自转，这与量子力学中的自旋不是同一个概念）。 ２.带电