实验2-2 闪烁计数器及γ能谱测量 南开大... - 南开大学.ppt

实验2-4 相对论电子的动能与动量关系的测量 南开大学基础物理实验教学中心 近代物理实验室 一.实验原理 经典力学总结了低速物理的运动规律，它反映了牛顿的绝对时空观：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察到的运动学量(如坐标、速度)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。在此基础上，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惯性系的变换方程即“洛伦兹变换”。 洛伦兹变换下，静止质量为m0，速度为v的物体，狭义相对论定义的动量p为： 其中 相对论的能量E为： mc2是运动物体的总能量，当物体静止时v=0，物体的能量为E0=m0c2称为静止能量；两者之差为物体的动能Ek，即 此即经典力学中的动量—能量关系。 当?远小于1时，上式可展开为 我们要验证的狭义相对论的动量与动能的关系可以推导出来为： 二.实验装置及方法 电子 90Sr/90Y 闪 烁 探 头 多道分析器 高压电源 图2-4-2 实验装置示意图 均匀磁场 真空盒 真空泵 γ定 标源 137Cs γ定 标源 60Co 在磁场外距?源X处放置一个?能量探测器来接收从该处出射的?粒子，这些粒子的能量(即动能)即可由探测器测出（，而粒子的动量值即为p=eBR=eB ?X /2。由于?源射出的?粒子具有连续的能量分布(0～2.27MeV)，因此探测器在不同位置(不同?X)就可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。 （一）对NaI(Tl)闪烁探测器进行能量定标 （二）选定探测器位置后开始逐个测量单能电子能峰，记下峰位道数CH和相应的位置坐标X 三.实验内容 思考题 1．观察狭缝的定位方式，试从半圆聚焦β磁谱仪的成像原理来论证其合理性。 2．本实验在寻求P与?X的关系时使用了一定的近似，能否用其他方法更为确切地得出P与?X的关系？ 3．用γ放射源进行能量定标时，为什么不需要对γ射线穿过220?m厚的铝膜时进行“能量损失的修正”？ 4. 为什么用γ放射源进行能量定标的闪烁探测器可以直接用来测量β粒子的能量？