宇宙线物理教学试验设备31型CRPV31-复旦大学物理教学试验.PDF

For Teaching, by Teachers 宇宙线物理教学实验 设备 3.1 型（CRP V3.1 ） eCube 仪器设备责任有限公司 (eCube Instruments LLC, Texas, USA) 广西南宁市自旋教学实验设备有限公司 2014 年 8 月 左图：大气中宇宙线的形成。图来源 /quantum_diaries_survivor/highestenergy_cosmic_rays_auger 。 右图：宇宙线物理教学实验设备 3 型(CRP3) 。该设备由置于支架中的上下探测器，读出主机和读出软件构成(不包括计算机) 。 支架可以将探测器指向垂直向上以及 15 和 30 度的方向从而通过上下探测器信号的符合来测量宇宙线通量随角度(地磁，当 加上 GPS 的定位信息) 的变化，适用于半天的基础物理实验课。下探测器中的大体积塑料闪烁体提供 µ 子衰变寿命测量，对 学生提供包括数据分析和统计假设检验在内的数星期高级物理实验训练。加上 GPS 定时定位信息和多设备数据分享后的离 线数据符合分析更为学生提供研究型，竞赛型和论文型的平台。 1 目录 实验意义 3 实验原理 6 设备使用 11 参考文献 12 2 实验意义 空气，水和食物是人类生存的根本。文字语言是人与人交流和社会形成的基础。数 学是所有科学和工程学科的语言，而物理则是所有自然科学发展和工程设计的基石。 这就是为什么语文，数学和物理教学存在于所有的高中和大学基础课程中的原因。 物理往往被人们视为很高深困难的一门学科，尤其是近代物理，比如量子物理，相 对论理论等等。然而近代物理广泛存在于人们的生活中：没有量子物理就没有半导 体工业，人们也就没有电视，电脑，手机和其它几乎所有的电器。广义相对论在卫 星全球定位或导航仪（北斗，GPS, GLONASS 等）中起很重要的作用。开车去新 地方的朋友都知道这种导航仪是多么大的帮助。 为了培养出更多更好的科学家和工程师，物理教学非常重要。物理教学中的教学实 验有助于将抽象的概念形象化，概括的公式具体化。物理教学实验仪器设备在中国 已有长足的发展。但近代物理教学实验仪器设备在中国还需与时俱进，赶上发达国 家。在核及粒子物理方面我们尤为欠缺。在这方面 eCube 仪器设备责任有限公司 愿意和广大物理教师一道做出贡献。 和以发展于十七世纪的牛顿力学为代表的经典物理相比，近代物理发展于二十世纪 并以量子力学和相对论为代表。经典物理的研究对象为大尺度(原子尺度以上) 和低 速（远低于光速）的物体。近代物理的研究对象则为小尺度(原子尺度以下）和高 速（接近光速）的物体。从这里已看出进行近代物理教学实验的困难。 从我们祖先的 “天有五行，水火金木土，分时化育，以成万物”到俄国科学家门捷 列夫(Dmitri Mendeleev)于 1869 年首创的元素周期表可谓人类对物质起源的认识从 哲学演化到科学。人类找寻宇宙万物的基本组成单元及其相互间作用力的努力一直 推动着科学的发展和技术的进步。上世纪后期完成的基本粒 子表（如左图）奠定了我们对宇宙的认识。我们的世界由第 一代基本粒子 （u, d 夸克，电子 e 和电子中微子 ν ）构成。