從磁陀螺運動談洛倫茲運動形成的物理機制要點

1、從磁陀螺運動談洛倫茲運動形成的物理機制司 今(jiewaimuyu )題拔：洛倫茲力公式不是從物理理論中推導出來的，而是由多次重復實驗所得的結論，它只能被當作一個基本公理來應用，因為，直到現(xiàn)代人們還不清楚洛倫茲運動形成的真正物理機制，更不知道洛倫茲力是一種什么力？它從何而來？我們知道，電子有自旋和自旋磁矩性，即電子可以被看做是一個微觀的自旋磁陀螺；那么，如果我們能夠從宏觀上找出自旋磁陀螺在磁場中運動的一些規(guī)律，就可以幫助我們更好地認識和理解微觀自旋電子（磁子）在磁場中運動所產(chǎn)生的一些物理現(xiàn)象的本質；本文將用磁陀螺在磁場中運動的一些基本原理去嘗 試性探討自旋電子的洛倫茲力及洛倫茲運動問題。我曾做

2、過這樣一組磁陀螺運動實驗：如圖-1 ,當裝有非金屬軸的自旋磁陀螺從傾斜拱槽中向下滾動，進入一個“上下型”均勻偶極磁場“ 0梯度面”空間時，它會產(chǎn)生曲線運動；當磁陀螺運動速度足夠小或外磁場足 夠大時，它甚至可以呈現(xiàn)近似橢圓的運動。如圖-2,如果磁陀螺運動通過的是均勻磁場“非0梯度面”空間，則它不但會作曲線運動，且還會向磁場磁極方向稍稍偏移一點。、a、圖-1圖-2這組實驗表明，自旋磁陀螺以一定速度通過靜態(tài)均勻磁場空間時，其運動軌跡會受磁場和磁極影響而產(chǎn)生平面或螺旋曲線運動。這是在地球引力場下所作的實驗，如果將這個實驗放到微重力的太空，那將是另一番圖景：磁陀螺進入磁場空間后將會產(chǎn)生近乎圓或錐螺旋的曲

3、線運動。本節(jié)所討論的磁陀螺運動都是在重力場影響可以忽略不計的微重力環(huán)境下進行推理、分析的；微觀粒子在磁場空間中運動也可以看做是不受重力場影響的運動，因粒子所受重力與其所受的磁場力相比太弱了，可以不予考慮。1、自旋磁陀螺在均勻磁場中的閉合曲線運動1.1、“0梯度面”上的磁陀螺運動自由運動的自旋磁陀螺有一個特征，即磁陀螺的平動速度 v與其自旋角速度3是相互垂直的，如圖-3所示，它的磁場按法拉第磁力線來描述就存在二部分：（1）沿軸向直線非閉合部分，（2）沿軸向外曲線閉合部分。當自旋磁陀螺進入磁場空間后，磁場磁極是無法與閉合磁力線部分產(chǎn)生作用的，故磁陀螺在磁場中運動所受的磁場及磁極力主要體現(xiàn)在其自旋磁

4、軸上。圖-3圖-45如圖-4所示，“上下型”偶磁極磁場空間的中間都存在一個n、s分界平面，在這個平面上小磁針不會產(chǎn)生向磁場磁極運動的情況，即小磁針二端的n s極所受二個磁場磁極的梯度力相等，故其質心會在這個平面上保持平衡穩(wěn)定狀態(tài)，我們稱這個平面為磁場“0梯度面”，而在這個平面之上或之下的空間平面則稱為磁場“非0梯度面”。對自旋磁陀螺軸而言， 當它以一定速度進入磁場空間時，因其自旋磁軸二端會作切割磁圖-5力線運動，故會在其中產(chǎn)生“電子洛倫茲運動”式的曲線運動軌跡。 我在磁陀螺運動與現(xiàn)代物理學漫談（8）1中談到，當給自旋陀螺軸上下等距離處施加相同的外力矩時， 陀螺不會產(chǎn) 生自旋軸傾斜的進動， 而會

5、產(chǎn)生質心平移的曲線運動， 且平移 速度不減小，只是速度方向發(fā)生改變；如果這對力矩永不消失，它實質就會形成穩(wěn)定的曲線圓周運動，如圖-5所示。自旋磁陀螺以一定初速度進入 “上下型”均勻磁場時也會產(chǎn)生這樣的運動：以均勻磁場“。梯度面”為例，如圖-6所示，自旋磁陀螺以平動速度 vo進入磁場“。梯度面”空間時, 其自旋軸上、下端磁極都會受到磁場磁極力f上h、f下h的影響，且這二個力大小相等、方向相反，并與其平動速度 vo方向垂直。由于這二個等值力的作用，磁陀螺質心將會產(chǎn)生二個運動速度分量，即一個是受磁場磁極剪切阻力作用而減小、但運動方向仍保持原速度vo方向的v。速度，且有avo=vov。'；另一

6、個是磁陀螺二磁極作切割磁場力線時所產(chǎn)生的垂直于原速度 v。方向的v,速度，這二個速度合成就是它在磁場中作曲線運動的速度v.圖-6圖-7從圖-7所示的受力分析圖中可以看出，磁場對自旋磁陀螺運動產(chǎn)生的阻力f阻正是其形成以v作勻速圓周運動的向心力 f向，且有vi=vo-vo，, v=v。' +vlv。，v2= （v。）2+（vd 2三v。2；但這里有個問題，勻速圓周運動速度的二個矢分量值是相等的，即vv"，這就要求v。' =av0=v，成立，為什么呢？到底 v。 =v，成不成立呢？歡迎對此問題感興趣的朋友們 給予指點和評判！通過實驗和分析可見， 如果將逆時針自旋的磁陀螺射入

7、均勻磁場空間時，則它的自旋軸二端因受磁場磁極引力作用，會因切割磁力線作用而形成沿順時針方向的曲線運動，v與v,及磁場h方向符合電磁學中右手判斷法則，且在“。梯度面”上作圓周運動的磁陀螺速 度與它進入磁場前的初速度值大小不變，但運動方向會改變。如果從速度矢量合成方面來考慮，則自旋磁陀螺軸受力后產(chǎn)生的速度變化矢量0方向始終與切割磁力線力f阻垂直，即f阻，v這與無自旋磁陀螺在磁場中運動受力有根本性區(qū)別，但卻與圓周運動屬性保持一致。在這個運動中，如果用惠更斯圓周運動公式描述就是qmb=mv2/r,因此我們也可以通過測定m、r、v、b值來確定自旋磁陀螺所帶磁量的大小。如果用一個順時針自旋磁陀螺（上端為n

8、極你、下端為 s極）垂直射入上述磁場，則它會在磁場空間產(chǎn)生怎樣的運動呢？為此我們不妨再做一組實驗：如圖-8所示，在重力場下當我們給豎直順時針自旋的磁陀螺軸上端施加一個瞬時力f時，在重力矩作用下，磁陀螺就會產(chǎn)生一個穩(wěn)定的順時針進動。如圖-9所示，如果我們在微重力的太空給這個豎直自旋的磁陀螺也施加一個瞬時力f時，則因沒有重力矩存在， 故陀螺不能形成進動，但會產(chǎn)生二個瞬時速度分量，即v-vj它們的速度合成 v就是使陀螺產(chǎn)生曲線運動的速度，關于這方面實驗可仔細觀摩王亞平太 空陀螺實驗的相關視頻予以甄別。如圖-10所示，如果我們給一個垂直自旋的磁陀螺施加一對瞬時力偶時，則磁陀螺軸會產(chǎn)生180°

9、翻轉，并會形成一個垂直向內(nèi)的翻轉速度vna;且磁陀螺的自旋時針方向和自旋軸的n、s極方向也將呈現(xiàn)相反變化。王亞平太空陀螺實驗視頻及原理2以此為據(jù)，如果我們將一個 n極在上、順時針自旋的磁陀螺沿均勻磁場“。梯度面”以vo速度射入磁場空間時，如圖-11所示，則該磁陀螺在接近磁場空間入口處時因其自旋軸磁極受磁場磁極力影響而產(chǎn)生180翻轉，這就變成s極在上、逆時針自旋的磁陀螺，同時會產(chǎn)生一個 v，翻方向的速度，這個速度與磁陀螺自旋軸切割磁力線形成的速度v，切方向相反，此二者合成向心速度vi,而v。/與v，則合成磁陀螺在磁場中作曲線運動的速度 v,且有 v = vtvq/,其中v,= vna v,切，v

10、= vo.圖-11就n極在上、逆時針自旋的磁陀螺而言，它在該磁場空間做切割磁力線曲線運動時,運動針方向與其自旋時針方向也表現(xiàn)出相反性來,且這種運動符合電磁學中的左手判定法則，這與正電子在該磁場空間做洛倫茲曲線運動的情形相一致。這種磁陀螺運動現(xiàn)象說明，自旋磁陀螺在磁場“0梯度面”內(nèi)運動是最穩(wěn)定的，因磁陀螺軸上下端所受磁場磁極力都相等，從而保證了其曲線運動速度的不變性，即保證其運動上下 空間距離不變和左右繞中心圓點運動半徑不變，這就是“為什么行星繞太陽運動時其軌道平 面都處于太陽赤道平面上下很小角度？”的原因之一；在太陽自旋體的n、s極磁場中，“0梯度面”就是其赤道面，同樣地，帶有自旋磁矩的自旋電

11、子在均勻磁場中作洛倫茲曲線運動也 有與此類似運動的特性。1.2、“ 0梯度面”上電子洛倫茲運動形成的物理機制1.2.1、 洛倫茲運動簡介3洛倫茲運動是指帶電粒子在磁場中受磁場影響所產(chǎn)生的曲線運動，它是1892年荷蘭物理學家亨德里克2洛倫茲提出洛倫茲力概念下所產(chǎn)生的運動現(xiàn)象。洛倫茲力是指運動于磁場中的帶電粒子所感受到的作用力。根據(jù)洛倫茲力定律， 洛倫茲力可以用方程f=qvb表達，其中，f是洛倫茲力，q是帶電粒子電荷量，v是帶電粒子速度， b是高斯磁場強度。圖-12圖-1313左手放入磁場中，讓磁感線垂直穿過手掌心，四指指向如圖-12所示，在均勻磁場中，帶電粒子的運動軌跡呈圓或局部圓弧線；現(xiàn)代也可

12、以用實驗觀察到電子在均與磁場中作圓周運動的軌跡，如圖-13所示，它是在均勻磁場中，電子射束中電子經(jīng)過磁場的路徑會有紫色光發(fā)射出來，這是因電子與玻璃球內(nèi)氣體分子碰撞而產(chǎn)生的現(xiàn)象，從這個現(xiàn)象中可以觀察到電子運動軌跡是一個圓。在非均勻磁場中，帶電粒子的運動軌跡雖不是圓, 但也表現(xiàn)出連續(xù)的曲線軌跡。如圖-14,洛倫茲力方向的判定尊循左手定則，電流方向，則拇指的方向就是導體或正電荷受力方向 q為負電荷，則方向相反）。由于洛倫茲力始終垂直于電荷的速度方向和磁場方向確定的平面，所以它對電荷不作 功，不改變運動電荷的速率和動能，只能改變電荷的運動方向使之偏轉。洛倫茲力既適用于宏觀電流，也適用于微觀電荷粒子，電

13、流元在磁場中所受安培力就是其中運動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。導體回路在恒定磁場中運動，使其中磁通量變化而產(chǎn)生的動生電動勢也是洛倫茲力的結果，洛倫茲力是產(chǎn)生動生電動勢的非靜電力。不過，值得注意的是：洛倫茲力公式不是從物理理論中推導出來的，而是由多次重復實驗所得的結論，它只能被當作一個基本公理來應用，因為，直到現(xiàn)代人們還不清楚洛倫茲運動形成的真正物理機制，更不知道洛倫茲力是一種什么力？它從何而來？1.2.2、 洛倫茲運動形成的物理機制現(xiàn)代物理學證明，電子有自旋和自旋磁矩存在，也就是說，電子可以被看做是一個微小的自旋磁陀螺，故電子在均勻磁場中作洛倫茲運動與磁陀螺在均勻磁場作曲線運動有一定的 相似性

14、。從磁陀螺在磁場中運動的的情況可以看出，如果把電子看做是個自旋剛體磁陀螺，則自由電子的運動特征應為 v_lco,即v_lb自，如圖-15所不。如圖-16所示，一個帶有自旋磁矩的電子以初速度vo從“0梯度面”進入磁場空間后，其自旋軸上下端磁極都會受到磁場磁極引力影響，且這二個力大小相等、 方向相反，并與它平動速度vo方向垂直；由于這二個等值力作用，電子質心運動方向將產(chǎn)生二個速度分量，一個是保持原有運動方向的速度v。'，另一個是電子二個磁極切割磁場力線所產(chǎn)生的垂直于原運動方向的速度 v這二個速度的合成就是它在磁場中作圓周曲線運動的速度，即v二vi +v0 ,且有 v= vo.圖-16圖-1

15、5可見，在“ 0梯度面”上作圓周曲線運動的電子速度與它進入磁場前的速度大小不變，但運動方向改變；自旋電子軸受磁場磁極剪切力產(chǎn)生的速度變化方向始終與剪切力相互垂直，即v xf;在這個運動中，如果用惠更斯圓周運動公式描述，則有qmb=mv2/r,由此我們也可以通過測定r、v、 b值來確定自旋電子磁量的大小。由此看來，如果將電子看做是一個自旋磁陀螺，那么它在磁場中作曲線運動的所謂洛倫茲力就不復存在一一洛倫茲力實質就是自旋磁陀螺式的電子磁軸切割磁場磁力線而產(chǎn)生s的另一種描述，是將電子看做是沒有自旋性質點粒子（經(jīng)典粒子）運動的必然結果；理想的洛倫茲圓周運動只能存在于磁場“0梯度面”上。如果我們將帶有自旋

16、磁場的正電子也可以看做是一個自旋磁陀螺，那么，它在均勻磁場中運動與電子有什么差異呢？如圖-17是自旋磁陀螺翻轉 180°與電子翻轉180°后的對比圖，通過與自旋磁陀螺在均勻磁場空間翻轉運動的比較中可以看出，電子與正電子其實應該是同一種自旋磁粒子，只是相互之間呈180。翻轉后才會表現(xiàn)出不同的洛倫茲曲線運動時針方向。圖-17不過，據(jù)現(xiàn)代教科書介紹，電子與正電子的電荷（電性相反）、質量、磁量大小都一樣,且自旋方向也相同，但我不知我們定義正電子自旋方向與電子一樣的依據(jù)是什么？就僅僅因為它們在磁場中作洛倫茲運動時針方向相反嗎？從磁性而言，電子與正電子的磁量、質量可以一樣，但自旋時針方

17、向與磁性空間分布應表現(xiàn)出嚴格的“對稱性”，這就為大自然中普遍呈現(xiàn)“超對稱”現(xiàn)象找到一個可信的依據(jù)。如圖-18所示，如果一個正電子在以v。速度進入均勻磁場空間時，它首先在均勻磁場空間入口處被磁場磁極極化而產(chǎn)生180°翻轉，然后以電子態(tài)形式在均勻磁場中產(chǎn)生“洛倫茲運動”。從磁陀螺在磁場中的運動可以確定，如果將正電子看做是一個自旋磁陀螺，那么，它應是逆時針自旋且自旋軸上端為n極，下端為s極，如圖-19所示。由此可見，量子力學在與經(jīng)典電磁學的銜接中，由于經(jīng)典電磁學缺少了對電子自旋和自旋磁矩性的認知和描述，它就必然與量子力學存在一種不可逾越的天然鴻溝！然而，量子力學在對待電子在磁場中作曲線運動

18、的問題上雖然引入了自旋和自旋磁矩，但卻忽略了空間磁場對它們運動的影響，這就使得量子力學在解釋自旋粒子的“衍射”、“干涉”現(xiàn)象時就不得不引入“波粒二象性”概念，從“波動”和“概率”領域進行詮解但這種解釋只會讓人更迷惑，同時也深深掩蓋了自旋磁量子在磁場空間中運動的物理本質！因此說，對電子洛倫茲運動形成的真正物理機制探討才是協(xié)調(diào)和解決粒子“波粒二象 性”本質問題的根本舉措。1.2.3、電子在回旋加速器中的運動(速度增大的洛倫茲運動)電子在均勻磁場“。梯度面”上運動時，其洛倫茲運動周期為t=2兀m/qb,這是一個與電子運動速度無關的量，且電子自旋軸始終平行于磁場力線。電子在回旋加速器中運動也是一種“0

19、梯度面”上的洛倫茲運動，如圖-20所示；但這種運動因外界電場能量的輸入會使電子運動速度增大， 這時電子運動周期就不遵循t=2兀m/qb規(guī)律了，這是為什么？對此，愛因斯坦給出的解釋是：將電子電荷q看做是不變量，將電子質量m看做是可變量，圖-20則 m=rm/ v (1- c 2/ v2),有 t=2tt njc/qb v(c2- v2),即 v 增大 t 就會變小。但愛因斯坦動質量是一個讓人迷惑不解的概念：電子質量怎么會隨速度變化而變化，而電子電量為什么就會不變呢？對此，現(xiàn)代電磁學給出的解釋是：“有許多事實表明，一個系統(tǒng)中的總電量不因帶電體的運動而改變，例如，實驗測定速度為v的帶電粒子的荷質比符

20、合下述公式q/m=q v(1-v 2/c 2)/m o而質量隨速度變化的相對論公式是m=m v (1-v 2/c 2)比較這二個公式，暗示著帶電粒子的電量q不隨運動速度改變。又如質子所帶的正電量與電子所帶的負電量非常精確地相等。對于任何一個中性原子，原子核中的質子數(shù)與核 外的電子數(shù)相等，因此未電離的原子核分子內(nèi)的正電荷與負電荷數(shù)量相等，從而中性原子或分子所帶電量非常精確地為 0. 在這一點上， 20 世紀 60 年代報導的實驗結果精確度已達10-19 乃至10-23 以上. 我們知道，原子中的電子和質子是處在不同運動狀態(tài)下的，例如氫分子內(nèi)的電子速率有（0.010.02） c的數(shù)量級，葩原子內(nèi)k

21、殼層電子的速率至少有0.4c的數(shù)量級，而原子核內(nèi)的質子和中子的速率具有（0.20.3） c的數(shù)量級，這樣的運動并未使原子和分子的電中性產(chǎn)生可觀測的偏離，這表明電量不受運動影響，電量是不隨參考系的變 化而變化的。再如任何物體在加熱和冷卻時，電子的速度比帶正電荷的原子核速度更易受到溫度影響，雖然每個電子的速度可能變化不大，但物體中電子的數(shù)量極大，如果運動確實對電量有影響的話，它可以在物體上獲得可觀察的電量；然而事實上，中性物體在任何溫度下總是保持宏觀上的電中性，實驗中從來沒有觀察到僅僅通過加熱或冷卻的方式在物體上獲得電量的事實”4通過上面引述可以發(fā)現(xiàn)三個問題：（ 1） 、我們在沒有真正測量過一個運

22、動系統(tǒng)總質量有沒有變化的情況下就斷然假設電子質量有變化，這是不符合物理研究精神的；再說， q/m 會隨電子運動速度的增大而產(chǎn)生變 化，并不一定是m變化了，q為什么就不可以變化呢？（ 2） 、中性原子運動系統(tǒng)中總電量為 0 并不能保證電子、質子運動變化時它們的電量不會發(fā)生變化。（ 3） 、電子電量與質子電量嚴格相等并不能證明它們在運動變化時還會保持其帶電量不變。其實，t是一個與q、m都無關的量，它的變化只與電子平動速度v和自旋角速度3變化有關。依據(jù) f=qmh =qvb , 可得qm=qv5 .（注：麥克斯韋在推理光速及確定光是一種電磁波時也是用的這一關系式，那么，qmh=qvb 能夠成立嗎？如

23、果不能成立，那么麥克斯韋電磁波理論將如何成立？如果能成立，那又是為什么呢？詳解請參閱司今/ 庫倫磁場強h 與高斯磁場強 b 到底有什么異同？一文） 。依據(jù) qm=mmo 自可得:q=qm/v=m w 自/v ,貝u有 丁=2兀 mv/qmb=27t mv/rniw 自 b=2tt v/ 自 b.可見，在一個恒均勻磁場中，電子作洛倫茲運動的t是一個與q、m無關的量，它的大小只與電子的平動速度v和自旋角速度3變化有關。在回旋加速器中，由于這種洛倫茲運動有外加電場力作用于電子上，這就構成了一個“三體運動”系統(tǒng)的形式（即自旋電子、電極、磁極構成三體） ，這時自旋電子運動則遵循p=mc=mv+mv自、e

24、=m（2 =mv2+ mv自2守恒（v是電子平動速度，v自是電子自旋速度），即v=v （©27自2）,t=2 兀 v/ 3 自 b=2tt r 自，（c2-v 自 2） / v 自 b=2tt r 自，（c2/ v 自 2-1） / v 自 b,因r自（r自是電子“剛體”自旋半徑，3自是電子自旋角速度）、b為不變量，當v增大時則v自會變小，即3自變小，這時t就必然會增大一一這與愛因斯坦給出的結論相一致，只是數(shù)學描述形式不同罷了。無論外界有無能量輸入，自旋電子在磁場中作洛倫茲運動時都遵循p=mv+mw自、e=mv2+ m«自2守恒，這是電子在磁場中運動必須遵循的基本規(guī)律。2、

25、均勻磁場中“非 0梯度面”上的磁陀螺曲線運動2.1、 “非0梯度面”上的磁陀螺曲線線運動磁場“非。梯度面”就是處于磁場“。梯度面”空間之上或之下的平面，自旋磁陀螺在這樣的磁場空間運動與在“ 0梯度面”上的運動就有很大差異，具體分析如下：如圖-21所示，當一個自旋磁陀螺從“0梯度面”之上或下空間進入磁場時，由于磁陀螺自旋軸上下端受磁場 n、s極的引力不平衡，則越靠近磁場磁極處磁場強度b會越大，如bi> bo.依據(jù)t=2兀m/qb則有t。；依據(jù)r=mv/qb貝u r也減小，依據(jù)f梯=kmqmiqm2cos 0 /z 2,（0為磁陀螺自旋軸與磁力線之間的夾角）則f梯會增大，這樣自旋磁陀螺就會形

26、成了一個錐螺旋運動軌跡。圖-21bbob圖-22在這個運動中，磁陀螺作錐螺旋運動的速度v螺到底如何變化呢？因為自旋磁陀螺軸下端所受磁場磁極力比上端大，則這時自旋軸產(chǎn)生的切割磁力線力也就不相等，這就會使自旋軸產(chǎn)生 0角傾斜，由此則產(chǎn)生進動式的平動運動，如圖 22所示。如圖-23所示，磁陀螺作螺旋運動的瞬間速度v的水平分量仍是 v。（這與電子在“ 0梯度面”上的洛倫茲運動情況相一致），它速度增大的部分來自于v梯，即有v= v。+ v梯.如圖-24所示，磁陀螺在均勻磁場的“非 0梯度面”運動會產(chǎn)生0角傾斜的進動，這種進動遵循 2 3 =k守恒，即0越大（。2。1。），其 進動角速度也越大（02 1）

27、,但自旋角速度變圖-23?。?。3132）,進動角速度來自于自旋角速 度的減小。如圖-25所示，如果磁陀螺平動速度 v。大，能夠穿過磁場空間，則磁場磁極對磁陀螺軸的作用力將逐漸消失，磁陀螺又恢復了自由運動形式，這時磁陀螺的自旋加速度仍是03 0,圖-24圖-25但其線速度v卻大于v。，因v梯參與了 v的合成運動，即 v= v0+v%并且它將以v，30 的姿態(tài)進入自由運動狀態(tài)。2.2、 電子在“非0梯度面”空間的螺旋運動如圖-26所示,2.2.1、 電子初速度 v不垂直于b的運動情況從電磁學教程中，我們學到帶電粒子在均勻磁場中可以產(chǎn)生柱螺旋運動,當電子被射入的速度 v與均勻磁場b不垂直時，則電子

28、就會在該磁場中作這種柱螺旋運動?！爸菪\動”判斷僅是從電子在磁場“0梯度面”內(nèi)運動情況來考慮問題的，并沒有從電子有自旋、自旋磁矩及磁場空間存在“非 0梯圖-260梯度面”二方面度面”等影響因素方面予以分析；如果從自旋電子帶有自旋磁矩性和“非因素來考慮，則因自旋磁軸二端所受磁場磁極力不相等，這時電子自旋磁軸在均勻磁場中運動時就會產(chǎn)生一定傾斜角0 ,并且電子在向磁場磁極靠近時，依據(jù)h*mqm/z2 （qm是磁場磁極磁荷量），則h是一個逐漸增大量，因此說，這種運動并不會產(chǎn)生標準的柱螺旋運動，而是一種錐螺旋運動形式，如圖-27示；如果說可以產(chǎn)生柱螺旋運動，那也只能是在磁場 “0梯度面”附近沿磁力線較

29、短距離空間范圍內(nèi)近似符合罷了。雖然均勻磁場磁極相對于電子而言不可能質點化，但因b=qm/s,故b可以看做是磁場磁極質點化（磁荷面密度化）后的質點磁荷量大小，則均勻磁場空間的場強圖-27就可以表示為 h=kmb/z2;如果電子也被看做是質點，則電子在均勻磁場中所受的磁場梯度力就為fl =qm.h=km.q m.b/z 2,依據(jù)fi =qm.h=mv1/t,h=k mb/z2,則其在z方向運動形成的螺距 l為：l=v.sin a ± v1.t=v.sin a ±qm.h.t 2/m=v.sin a ± km.q m.bt 2/m.z 2 （注：從 s 極到 0 梯 度

30、面為-”,從。梯度面極n極到為“ +”）。又因電子自旋磁軸是有方向的，只有自旋軸與磁力線平行時所受的磁場磁極力才為有效梯度力，故電子的有效磁荷qm有就可以表示為qmqm.sin 0 ,則l= v.sin a ± km.q m.bt 2.sin 0 /m.z 2.由此可見，自旋電子在均勻磁場空間做螺旋運動的螺距l(xiāng)是一個非等距量，它的變化與v、a、b、t、0、z都有關聯(lián)。同理，我們也可以求出不同時刻t的錐螺旋半徑r大小，對之讀者不妨自己推理一下，我在此就不多費筆墨了?，F(xiàn)代物理學在討論在電子均勻磁場空間中運動時忽略了磁場磁極對電子自旋磁軸的影響，即忽略了均勻磁場有“非 0梯度面”存在的情況；當電子初速度v不與磁場b垂直時，電子會在不同運