研究型物理实验.ppt

文档介绍：研究型物理实验
验证快速电子的动量与动能的相对论关系
制作：白建平
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一、实验目的
1
通过对快速电子的动量值及动能的同时测定来验证动量和动能之间的相对论关系。
研究型物理实验
验证快速电子的动量与动能的相对论关系
制作：白建平
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一、实验目的
1
通过对快速电子的动量值及动能的同时测定来验证动量和动能之间的相对论关系。
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学****到 磁谱仪测量原理、闪烁记数器的使用方法及一些实验数据处理的思想方法。
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一、实验背景
牛顿的绝对时空观认为时间和空间是两个独立的概念，彼此之间没有联系；同一物体在不同惯性参照系中观察到的运动学量可通过伽利略变换而互相联系。这就是力学相对性原理：一切力学规律在伽利略变换下是不变的。
19世纪末至20世纪初，人们试图将伽利略变换和力学相对性原理推广到电磁学和光学时遇到了困难。实验证明对高速运动的物体伽利略变换是不正确的，实验还证明在所有惯性参照系中光在真空中的传播速度为同一常数。
在此根底上，爱因斯坦于1905年提出了狭义相对论，并据此导出从一个惯性系到另一个惯性系的变换方程即“洛伦兹变换〞。
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三、实验原理
牛顿力学动量与动能之间的关系
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洛伦兹变换下，静止质量为 ，速度为 的物体，狭义相对论定义的动量 为：
式中 ， 。相对论的能量为：
这就是著名的质能关系。
狭义相对论中动量和动能之间的关系
三、实验原理
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由〔1〕式和〔2〕式可得：
其中 为静止质量。
物体的动能为：
这就是我们要验证的狭义相对论的动量与动能的关系。
三、实验原理
狭义相对论中动量和动能之间的关系
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三、实验原理
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物体的动能也可以写成：
当 <<1时，
电子的 ，上式可化为：
三、实验原理
狭义相对论中动量和动能之间的关系
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β 源射出的高速β粒子经准直后垂直射入一均匀磁场中，粒子因受到与运动方向垂直的洛伦兹力的作用而作圆周运动。如果认为在空气中其能量的损失很小，那么粒子具有恒定的动量数值，仅仅是方向不断变化，这一确定的动量值为：
式中e 为电子电荷，B为磁场强度， R为粒子轨道半径。
三、实验原理
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在磁场外距 β 源 △X处放置一个β能量探测器来接收从该处出射的β粒子，那么这些粒子的能量〔即动能〕可由探测器直接测出，而粒子的动量值即为：
由于β源射出的β粒子具有连续的能量分布，因此探测器在不同位置就可以测得一系列不同的能量与对应的动量值。这样就可以用实验方法确定测量范围内动能与动量的对应关系，进而验证相对论给出的这一关系的理论公式的正确性。
三、实验原理
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四、实验仪器
半圆聚焦磁谱仪，由微机多道脉冲幅度分析，NaI〔Tl〕闪烁探头，高压电源，低压电源，放大器等组成的闪烁能谱仪。
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正式开场对闪烁探测器进展能量定标。首先测量 的 能谱，，对能谱进展数据分析，；
五、实验步骤
检查仪器线路连接是否正确，然后开启高压电源，开场工作；
放上 定标源，翻开盖子，移动闪烁探测器使其狭缝对准 源的出射孔并开场记数测量；
调整加到探测器上的高压和放大数值，使测得的 〔建议：在多道脉冲分析器总道数的50%-70%之间〕；
选择好高压和放大数值后，稳定10分钟以上；
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五、实验步骤
移开探测器，关上 定标器的盖子取出，然后放上 定标器，翻开盖子并移动闪烁探测器使其狭缝对准 源的出射孔，开场记数测量，，记录下该光电峰在多道能谱分析器上对应的道数；
关上定标 源取出，、、 三个能量，建立能量和道数之间的关系，从而完成对探测器的定标；
翻开机械泵抽真空，到达初级真空即可断开真空泵电源；
精