验证快速电子的动量与动能的相对论关系实验报告

验证相对论关系试验报告、试验目的测量快速电子的动量。测量快速电子的动能。验证快速电子的动量与动能之间的关系符合相对论效应、试验原理〔一〕理论依据经典力学总结了低速物理的运动规律，它反映了牛顿确实定时空观：认为时间和空间是两个独立的观念，彼此之间没有联系；同一物体在不同惯性参照系中观看到的运动学量〔如坐标、速度〕可通过伽利略变换而相互联系。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。1920难；试验证明对高速运动的物体伽利略变换是不正确的， 试验还证明在全部惯性参照系中光在真空中的传播速度为同一常数。

1905年提出了狭义相对论；并据此导出从一个惯性系到另一惯性系的变换方程即 洛伦兹变换”。在经典力学中，动量表达式为 p=mv。在狭义相对论中，在洛伦兹变换下，静止质量mo，相对论性质量为mv的物体，狭义相对论定义的动量

p为：狭义相对论中，质能关系式

omv式中mmv式中m/.1o2

2是质点运动时遇有的总能量，当物体静止时二

v=0，2Ekmc2 mc2 mc( 1)2o o —物体的能量为Eo=moc2称为静止能量；两者之差为物体的动能B?1时，可开放为

Ek，即Ek moc2(12c2

12movmo2mov

1212mo

E2 22EoE这就是狭义相对论的动量与能量关系。而动能与动量的关系为:k E EE,c2pk

o

mc2o这就是我们要验证的狭义相对论的动量与动能的关系。对高速电子其关系如下图，图中 pc用MeV作单位，电子的m°c2=o.511MeV。可化为:‘2c22m2

c20.511o〔二〕数据处理思想方法B粒子动量的测量放射性核素B衰变时，在释放高速运动电子的同时，还释放出中子，两者安排能量的结果，使B粒具有连续的能量分布，因此也就对着各种可能的动量分布。试验中采横向半圆磁聚焦B谱仪〔以下简称谱仪〕来测量B粒子的动量。该谱仪承受磁场聚焦，子运动轨道是半圆形，且轨道平面直于磁场方向。为减小空气分子对粒子运动的影响，磁谱仪内预抽真空运动的B粒子在磁场中受洛仑兹力用，其运动方程为其中pB粒子动量，e为电子电荷，uB粒子的运动速度，B为均匀磁场的磁感应强度。由于洛仑兹B粒子的运动方向，所以B粒子的运动速率不发生转变，也就保持恒定，解此运动方程可得

那么质量此处RB粒子运动轨道的曲率半径。

p=eBR装置中，假设磁感应强度 B，我们只须左右移动探测器的位置，通过测量探测器与B放射源的间距〔2R〕,由公式就可得到B粒子的动量。B粒子动能的测量测量B粒子的动能用闪耀能谱仪完成。需要留意的是，由于闪耀体前有一厚度约 200卩的铝质密封窗，四周包有约 20卩m的铝质反射层，而且磁谱仪真空室由塑料薄膜密封，所

层和塑料薄膜后，其损失的局部动能必需进展修正。当材料的性质及其厚度固定后，这种能量损失的大小仅与入射粒子的动能有关， 因此应依据试验室供给的仪器具体参数进展校正，的动能大小。

而由测量到的粒子的动能，给出入射粒子进入窗口前、试验装置试验装置王要由以下局部组成：①真空、非真空半圆聚焦磁谱仪；②放射源90sr—90Y〔 强度羽毫居里〕，定标用澈射源137Cs和60Co〔强度~2微居里〕;③200mAlNal〔TI〕闪耀探头；④数据处理计算软件；⑤高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器。核辐射与某些物质相互作用会使其电离、性来工作的。

激发而放射荧光，闪耀探测器就是利用这一特归结起来，闪耀探测器的工作可分为五个相互联系的过程：射线进入闪耀体，与之发生相互作用，闪耀体吸取带电粒子能量而使原子、分子电离和激发；受激原子、分子退激时放射荧光光子；利用反射物和光导将闪耀光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子；光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到电信号；此信号由电子仪器记录和分析。通常Nal〔TI〕单晶丫闪耀谱仪的能量区分率以10%6~7%。

104~109个，电子流在阳极负载上产生137CS0.661MeV单能丫射线为标准，它四、试验步骤试验的内容要求:①测量快速电子的动量；②测量快速电子的动能；

关系符合相对论效应。1.关系符合相对论效应。1.试验过程如下：开启高压电源，开头工作；②翻开60Co丫定标源的盖子，移动闪耀探测器使其狭缝对准 60Co源的出射孔并开头记数测量；60Co的1.33MeV峰位道数在一个比较合理的④选择好高压和放大数值后，稳定10 ；⑤进展能量定标，首先测量

正式开头对Nal〔TI〕闪耀探测器60Co1.33MeV光电峰的峰顶记数到达

1000以上后〔尽量削减统计涨落带来的误差〕，对能谱进展数据分析，记录下1.17和1.33MeV两个光电峰在多道能谱分析器上对应的道数⑥移开探测器，关上60Co丫定标源的盖子，然后翻开探测器使其狭缝对准137Cs源的出射孔并开头记数测量，等

CH3、CH4;137Cs丫定标源的盖子并移动闪耀0.661MeV光电峰的峰顶记数达1000后对能谱进展数据分析，记录下0.184MeV0.661MeV光电峰在多道能谱分析器上对CH1、CH2;⑦关上137Cs丫定标源，翻开机械泵抽真空；⑧盖上有机玻璃罩，翻开B源的盖子开头测量快速电子的动量和动能， 探测器与B源的距离X最近要小于9cm、最远要大于24cm，保证获得动能范围0.4 1.8MeV的电子；⑨选定探测器位置后开头逐个测量单能电子能峰，X；

登记峰位道数CH和相应的位置坐标⑩全部数据测量完毕后关闭B源及仪器电源，进展数据处理和计算。2.试验留意事项：①闪耀探测器上的高压电源、前置电源、信号线确定不行以接错；②装置的有机玻璃防护罩翻开之前应先关闭B源；③应防止B源猛烈震惊，以免损坏它的密封薄膜；④移动真空盒时应格外留神，以防损坏密封薄膜；⑤用机械泵抽真空时，由于真空盒密封性较差，需要始终让机械泵运作。五、试验数据处理与分析依据试验内容，依照试验操作步骤获得如下试验数据：定标：60Co137CS辐射源进展定标，由于这两种辐射源的能量我们是的，实验中得到峰位与道数的数值并与能量相互对应起来便可以得到恰当的定标数据。钻、铯兀素疋标数据钻兀素能量〔钻、铯兀素疋标数据钻兀素能量〔Mev〕峰位道数7融1.331.17铯兀素0.661693600347定标结果斜率：0.0020.U&LI13EI

936v1倍。试验所得能量与峰位道数的关系数B源测量:B源位置与道数关系测量数据B源试验所用B10.0cm2、4、6、8B源位置与道数关系测量数据B源位置 坐标(cm) 道数134.5855232741329.5621427506524.5390622268相对论关系:将上述所得数据输入计算机软件，在定标的根底上依据B源位置与道数关系得到相关相对论关系数据如下结果：等效磁场法：平均磁场法

J9 5HFPHFPnJr-1I-i-H*i:工什Kt:2.00150I00ikVI0.00I*000_5<?L50PC/MeV2.00HHlllUBE”MsAhbi--i*-7『詢“■亠na4..flFk坯BrtZa1h.活<8I當晒知■号：晒知■号：IxEifrTTBaL]|>■M垢土*巧；5；A<2工*tt:17JJGT2:QTI1i.fizm(i.eutI.7^4I.E]的曲iniDfl12iKFiiW奢啊itaft生.3itaft生.3軒:和鼻IccttrTTdBf1e7ta妙94U.SaN.E£T(4.52.W£$血1.50T0B汕1.0011L£L3050>°%L4InoL5LLI5DPUMVLtLHLBam“幽N、斷j*fcri.vi亦述创aZSIM?Q«J?1.336JTOX].53RM3WpFiTraE.HKL*I哥非: L.iJJEZIL.西知fl吾1的：从试验数据分析看到，误差范围根本在 11%左右，说明这次试验误差较大。首先，在B源的