有人說過： 人的一生 一定要親眼看過一次極光 綺麗炫彩的極光 是很多人一生追求的幸福之光 極光僅在南、北兩極鄰近地區 才有機會看得見 你知道美麗的極光 是怎麼形成的嗎？ 這部影片 將會揭曉美麗極光形成的原因 讓我們繼續看下去吧！ 先前影片中 我們學習過載流導線在磁場中會受力 我們可以用右手開掌定則 判斷載流導線所受磁力方向 右手開掌定則： 將右手張開、四指併攏並伸直 電流方向是大姆指方向 磁場方向是四指方向 此時 掌心的方向就是磁力方向 因此 可以得到圖中的導線受力是向上方 既然載流導線在磁場中會受力 那你有想過 在「載流」導線裏頭的是什麼嗎？ 沒錯 所謂的「載流」 就是乘載著電流的導線 其中 電流方向就是正電荷的運動方向 雖然我們知道 實際上在導線中 是負電荷在往反方向流動 舉例來說 當電流方向向右 實際上 是電線中有帶負電的電子正在往左跑 所以我們發現 運動中的電荷在磁場內 也是有可能會受力的呢！ 為了方便同學們理解 以下說明 我們會先將電流視為正電荷的運動 從正電荷的受力開始判斷 首先 運動中的電荷 在磁場的受力方向 也可以用右手開掌定則比出來 這裡請同學想一下 與先前載流導線在磁場中受力的部分 有何相同及相異之處吧！ 沒錯 其實相異之處 只差在大拇指代表的意思不同 在這部影片中 大拇指代表的是正電荷運動方向 也就是正電荷速度方向 所以將右手掌伸直 大拇指方向 就是正電荷運動方向 四指就是磁場方向 而掌心就是電荷受力方向 也就是磁力方向 因此 運動中的電荷在磁場內 有可能會因為受力而改變方向哦！ 接著 讓我們來分析電荷在二維方向上的運動模式 當載流導線中 電流方向與磁場方向平行 由先前影片學習到的 電流方向與磁場方向平行不受力 因此 當電荷運動方向與磁場方向平行時 電荷所受磁力為零 同學們思考一下 當物體不受磁力時 會怎麼運動呢？ 沒錯！ 會等速前進 因此 電荷會平行磁場作等速度運動 如果電荷運動方向 與磁場方向互相垂直 電荷又會怎麼運動呢？ 從圖中可以看出 正電荷運動方向向下 磁場的方向射入螢幕 請同學們嘗試用右手開掌定則 比出電荷所受磁力方向吧！ 由右手開掌定則可以知道 正電荷運動方向就是電流方向 所以大拇指指向下 磁場進螢幕 因此四指指進螢幕 而由於掌心朝向右邊 因此正電荷在這一瞬間受力向右 你比對了嗎？ 同學們發現了嗎？ 當帶電質點運動方向 與磁場互相垂直時 質點所受磁力方向與速度垂直 而先前高一你曾經學過 當力與速度互相垂直時 這個力無法改變物體速度的大小 但可以改變物體運動方向 因此 在這個情況下 磁力無法使質點變快或變慢 僅能使其不斷改變運動方向 磁力提供質點作等速率圓周運動的向心力 因此我們知道 當電荷的運動方向 與磁場方向互相垂直時 會在磁場中作等速率圓周運動 而圓周運動的旋轉方向 可以藉由右手開掌定則 判斷出磁力方向 也就是圓周運動的向心力方向後得知 學習完正電荷在磁場中的運動狀況後 讓我來考考同學們 如果粒子改成負電荷呢？ 運動中的負電荷 在磁場中的運動及受力情形 又是怎樣子的呢？ 同學們思考一下吧！ 畫面中的負電荷運動方向向下 磁場方向是射入螢幕 請同學們嘗試用右手開掌定則 比出電荷所受磁力方向吧！ 由右手開掌定則可以知道 負電荷向下運動 正電荷方向和負電荷運動方向相反 所以電流方向 也就是大拇指方向指向上 四指代表磁場方向 這邊的磁場射入螢幕 此時掌心（也就是磁力方向就朝向左邊） 因此 負電荷在這一瞬間的受力向左 你比對了嗎？ 所以當我們得知負電荷受到向左的磁力 再加上電荷的運動方向與磁場方向互相垂直時 電荷會在磁場中作等速率圓周運動 藉此得知 在此情況下負電荷作圓周運動 我們來思考一下這個問題 如圖 β粒子（是一種高速電子） 由南向北沿水平方向等速前進 垂直射入畫面的均勻磁場 則進入磁場後 粒子將向何方偏轉？ 回到我們片頭的問題 看看美麗的極光是怎麼形成呢？ 這是因為太陽風夾帶著許多高能的帶電粒子 當其射向地球時 會受到地球磁場的引導 受磁力作用向南北兩極集中 而當這些高速的帶電粒子 與大氣層中的氣體摩擦碰撞時 就會造成發光的現象！ 另外 由於地球磁場使帶電高能粒子偏轉的現象 也讓人類免於這些高能粒子的傷害 讓我們來回顧影片學到的部分吧！ 帶電粒子在磁場中有可能會受力 電荷在二維方向上的運動模式 可以分為平行與垂直兩種 1.帶電質點的運動方向與磁場方向平行： 當兩者平行時 所受磁力為零 故質點會維持平行於磁場的方向 作等速度運動 2.帶電質點的速度與磁場方向垂直： 當兩者互相垂直時 所受磁力方向與速度垂直 磁力無法使質點變快或變慢 僅能使其不斷改變運動方向 磁力提供質點作等速率圓周運動的向心力 我們可以知道帶電粒子在磁場中所受的磁力大小嗎？ 從先前影片中學習到 載流導線在磁場中所受的磁力大小 F等於ILB 而電流就是單位時間流經的電量 所以我們可再把式子改寫成： F磁力等於delta t分之q乘上LB 而帶電粒子以v的速度流經L長度的電線時 我們可以將時間以delta t等於v分之L表示 最後整理後的結果 可以知道F磁力等於qvB 而帶電粒子在磁場中的受力 最早是由荷蘭人勞倫茲提出的呢！ 勞倫茲提出的理論 對於測量物質化學成分及比例 有很大的幫助 我們會在後面的章節作詳細的介紹！ 我們下次見囉 bye bye