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有了叉乘的概念,就可以把左右手定则都用叉乘来表示。
带电粒子在磁场中运动所受洛伦兹力为,
方向要用左手定则来确定,假设磁场方向垂直纸面向里,粒子向右运动,伸出左手,让磁场穿过手心,四指指向粒子速度方向,那么大拇指方向就是洛伦兹力的方向。
这是我们之前所学的知识,现在有了叉乘的概念后,摇身一变,它成了
伸出右手,四指由速度方向弯向磁场方向,大拇指方向就是洛伦兹力方向,竟然完美一致。
有了叉乘的概念,就把矢量的大小计算和方向判断在一个公式中统一了起来,虽然计算上没有变简单,但是看起来是在简洁了不少,写起来也省事了很多。
电磁学博大精深,各种矢量叉乘、点乘、积分、微分的运算和各种电磁有关的概念学的小编晕头转向,乐此不疲。
电子自旋
跨过了经典力学的大山,终于来到了量子力学的门前。波函数的统计诠释已经是一个很费解的概念,电子又多了一个自旋。
小时候只知道电子具有电荷和质量,长大了才知道原来电子还有自旋。电子自旋是在量子力学发展之后才发现的电子的一个新的自由度,它是电子的一个内禀属性,并没有经典对应,与自旋对应的磁矩为内禀磁矩。
Uhlenbeck和Goudsmit根据碱金属光谱的双线结构和反常Zeeman效应提出了电子自旋的概念。电子自旋并不是一个机械自转,因为在这一假设下,电子的旋转速度会超光速。
Stern-Gerlach实验直接证实了电子具有自旋,且电子自旋只能取分立的两个值。
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实验其实很简单,一束银原子进入磁场,按照经典物理,观测屏上的结果应该如4所示,但实际观察到的是5所示的结果,原子束一分为二,说明电子的磁矩沿竖直方向是量子化的,只能取两个值。这就说明电子还具有一个新的内禀自由度——自旋。
电子自旋的发现对量子信息和量子计算的发展产生了深远的影响。
从初中到大学,从经典物理到量子物理,物理学的知识包罗万象,解释着世界,也在改变着世界。尽管学习的过程中会遇到重重困难,但是物理之美一直在吸引着我们继续探索,永不停息。
参考文献:
1、《量子力学》,曾谨言,科学出版社
2、《电磁学》,赵凯华,陈熙谋,高等教育出版社
编辑:阿白