相对论 物理实验.ppt

* * 用快速电子验证相对论的动量 与动能关系 同济大学 物理实验中心 狭义相对论 1905年爱因斯坦提出了狭义相对论。 1916年他又创立了广义相对论。 狭义相对论揭示了空间、时间、质量和物质运动之间的联系。 狭义相对论建立后，不断受到实践的检验和证实。 意义：相对论是物理学理论的一场重大革命。 它否定了牛顿的绝对时空观，揭示了时间和空间的内在联系和统一性； 同时也改造了牛顿力学，揭示了质与能的内在联系，对引力提出了全新的解释。 对现代物理学的发展起到了不可估量的作用。 狭义相对论的基本原理 1。爱因斯坦相对性原理：物理定律在所有的惯性系中都具有相同的表达式，即所有的惯性参考系对运动的描述都是等效的。 2。光速不变原理：真空中光速是一常量，它与光源或观测者的运动无关，即不依赖于惯性系的选择。 狭义相对论与经典力学动量-动能关系比较: 狭义相对论: 经典力学: 实验中要验证的狭义相对论的动量与动能的关系式 。 其中， 经典力学与狭义相对论的 电子动量—动能关系 Pc(MeV) Ek(MeV) 相对论效应实验谱仪 实验中需要β源、γ放射源作为工作物质。 实验仪器主要由β磁谱仪、多道分析器、计算机、真空泵组成。 实验仪器与器材 β γ β粒子能量： β源是放射高速运动β电子的源，高能β粒子的速度可接近光速。实验所使用的 — 。β粒子源强度约为1.5毫居里。 能量：从0-2.27MeV的连续谱。 能量是2MeV时，速度是光速的97.91%.。 如其Pc为1MeV时，v = 0.89c， Pc为2MeV时，v = 0.97c。 与物质作用能量损失、强度减小、有射程概念。 应用：工业上厚度计仪表、气相色谱仪中作为能源、医学上作为辐射源。 γ 射线能谱: γ射线是放射性中应用最多(1nm-0.1nm) 放射源：137Cs 与 60Co 它与X射线一样,是一种高能辐射,对物质具有较强的穿透力. γ射线与物质相互作用可能产生三种效应: 光电效应,康普顿效应,电子对效应。 γ射线穿过物质时强度按指数规律衰减，没有射程概念 (能量不变化）,它们的强度约2微居里。 图中， 已知能量峰值为 137Cs的0.184Mev和0.662Mev。 60C0的1.17MeV和1.33MeV。 137Cs铯 60C0钴 γ 源的能谱图 β磁谱仪—— NaI(T1)单晶γ闪烁谱仪 NaI(T1)单晶γ闪烁谱仪：闪烁探头与多道分析器是进行能量探测与能量幅度甄别的，与计算机相联后，探测到的粒子能量与粒子数将即时地在计算机上显示并图示。 同济大学 物理实验中心 碘化钠晶体可把入射的高速β粒子动能转化成可见光脉冲； 光电倍增管把这些光脉冲转化为电脉冲。 闪烁探头 微机与多道分析器： 由光电倍增管产生的电脉冲经线性放大器放大后，由微机与多道分析器对它们进行幅度分析，按电脉冲幅度大小微机与多道分析器将其可分成512道（相当于一阶梯），即不同幅度的电脉冲计入不同的道（阶梯），电脉冲幅度越高，则所处的道数应越大。 电脉冲幅度与阶梯道数关系的线性度与斜率可通过调节光电倍增管的高压与增益改变。所以每次实验测量前，需对微机与多道分析器的512道（或1024道）进行定标。 定标：采用两个γ放射源的已知能谱图数据。 测量高速运动电子的动量的实验方法 在磁场外左侧有一固定架可放置β源。让高速运动的电子（ β粒子）进入一磁场，如图 ：该磁场强度均匀、方向与电子速度方向垂直（ ）。根据电磁理论，高速电子在磁场中受到洛伦兹力的作用而作半径为R的圆周运动。 β源放射的电子在保持磁场区B均匀不变的情况下，各个不同动量的电子将以不同半径R的半圆周运动被分离，这也称为磁分离技术。 所以电子的动量是： 式中e=1.602?10-19C是电子电荷量，B为磁场强度，R为β粒子轨道的半径，因此，动量P值只要测出R（即测距粒子源距离X，R=X/2）即可根据B求得P。在磁场外距β源不同X处放置一个β能量探测器，接收并可测得高速电子不同的动能值。 实验内容 一．学习与了解实验的基本知识， 熟悉实验仪各部件作用与软件。 二. 采用γ源进行实验定标。 三. 高速电子β粒子的动能与动量测量。 四．实验数据处理。 五. 实验数据的修正。 一．学习与了解实验的基本知识， 熟悉实验仪各部件作用与软件。 Winmca----测量软件。 Rela----数据处理