探究磁场的实质以及洛伦兹力的大小（实验报告）

河北省保定市农业科学研究所　温海龙

探究磁场的实质以及洛伦兹力的大小（实验报告）

河北省保定市农业科学研究所温海龙

电和磁有太多的相似之处，但是目前只发现电荷存在着单独的一极，也就是说正电荷和负电荷是可以单独存在的。至于磁现象，虽然与电现象有太多的相似并表现出极大的对称之处，但是单独的磁极至今没有被发现，也就是说至今为止，还没有足够的证据表明有磁单极子的存在。

电荷；磁单极子；安培力；磁场；洛伦兹力

首先，在探究磁场的实质前，本人先介绍下自己的看法。对于磁场，本人认为，电场在空间移动留下的痕迹，就是磁场，在某个地方，一个电场刚离开另一个又马上补充过来，这样不断地连续地离开补充外在表现就是磁场了，也就是说相对静止的电场是电场，不表现出磁场，相对运动的电场则产生相对的磁场。

那么，先来看一个静止的点电荷，在它的周围，辐射似的形成电场（这里多说一句，如果这个点电荷运动的话，就会在原来“静止”的空间形成磁场）。如果是一排点电荷，均匀地排在导线里面，会形成电场线垂直于导线的稳定电场，此时外在表现还看不到磁场。可是，这时候，如果这些点电荷匀速地在导线中运动，这时候磁场就出现了，就会形成方向为环绕着导线的磁感线的稳定磁场。这时候，我有一个大胆的猜测。如果我们的速度跟导线里点电荷速度保持一致，让我们继续保持相对静止，这时候磁场消失了（相当于导线中电流为0，没有电流，也就没有了磁场）！而刚才形成的方向为环绕着导线的磁感线的稳定磁场，这里代表着磁场的磁感线，环绕着电荷运动方向形成了一个个圆环，这一个个圆环又会不会是电荷产生的电场的运动轨迹的外在表现呢？所以，在此得出结论，电场是主，磁场只是电场非静止状态下的一种表现形式，不论是电场还是磁场，其根源都是电荷。当然，这只是一种简单的推测，不排除其他情况。

现在，我们做个试验，如下图所示。

一排带正电点电荷均匀地排在导线里面（图中两条直线中间的一排圆圈），并且匀速地从右向左运动，速度是V，会形成如图所示的环形磁场。同时一带正电粒子A，位于导线上方，也自右向左运动，速度分别为V1，V2和V3，其中V1小于V，V2等于V，V3大于V，现在，我们来分析下粒子A的受力情况。

现在只考虑粒子A受到的电场力和磁场力（洛伦兹力），在粒子A的三种速度下，所受到的电场力稳定不变，我们记作F，受到的洛伦兹力我们记作F′，现在具体分析下这三种情况。

当粒子A速度为V1时，A受到两个力，电场力F，方向向上，洛伦兹力F′，方向向下，所受合力为F-F′，方向向上。

当粒子A速度为V2时，在我们外部看来，导线中正电荷速度不变也就是电流不变，外界磁场也就没变，洛伦兹力方向也就没变，这时候A依旧受到两个力，电场力F，方向向上，洛伦兹力F′，方向向下，所受合力为F-F′，方向向上。

但是，如果我们此时站在A的角度考虑，A的速度与带电粒子速度一致，保持着相对静止，即V2等于V，也就是说当我们的速度与A一样时，对于我们来说导线中根本没有电流，没有电流也就没有磁场，也就不受洛伦兹力，即没有F′，只受一个电场力F，所受合力为F。

继续分析，当粒子速度为V3时，在我们外部看来，导线中正电荷速度依旧不变，也就是电流依旧不变，外界磁场依旧没变，洛伦兹力方向也依旧没变，这时候A依旧受到两个力，电场力F，方向向上，洛伦兹力F′，方向向下，所受合力为F-F′，方向向上。

但是，此时如果我们依旧与粒子A速度保持相对静止，这时候是V3大于V，也就相当于电流方向逆转（因为V3大于V，也就相当于电荷自左向右运动，电流也逆向自左向右了），磁场也就逆转了，磁场方向也变为反向，所受洛伦兹力也就反向了。

所以，问题的关键是，只有定义好了这个磁场，这个洛伦兹力才能够正确计算出来，同时本人也很好奇，这三种情况下粒子A所受的合力，究竟应该是多少。

本人的个人看法和猜测结果是，粒子A所受的合力应该按后面那种情况来分析，而不是单纯地认为合力应该是F-F′，比如上文中的第二种情况，当粒子A速度为V2等于V时，粒子A相对于导线中的电荷确实静止不变，就不应该产生磁场作用的洛伦兹力。因为即使它们速度都为0，静止在这里，但是对于别的惯性系来说，粒子A和导线中的电荷都在运动，那么对于别的惯性系来说，导线中电荷运动就会产生电流，有电流就会有磁场，而粒子A在这个磁场中运动又会产生洛伦兹力，那对于别的惯性系来说就凭空产生并多出一个洛伦兹力了？所以这根本说不通。本人的看法是，对于这种变化的磁场，应该具体分析它那个状态所处的磁场来具体考虑和分析，同时本人觉得楞次定律在