相对论验证实验.doc

相对论验证实验复旦大学材料科学系吕平摘要:利用半圆聚焦β-磁谱仪,测定β粒子的动能值和动量值,以验证动能和动量的相对论关系。关键词:相对论验证β-粒子引言相对论验证实验中,以快速电子即β-粒子作为实验对象,验证其动量与能量满足线性关系以验证相对论及其推论的正确性。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:(1) 式中。相对论的能量E为:(2) 这就是著名的质能关系,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(3) 由式(1)和(2)可得: (4) 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: (5)本实验同时测定β粒子的动能和动量,并将证明两者间具有(5)所表示的相对论关系。图一经典力学与狭义相对论的动量—动能关系二、实验装置及原理实验装置见图二图二 实验装置示意图实验装置主要由以下部分组成:①真空、非真空半圆聚焦β-磁谱仪;②β-放射源90Sr—90Y,定标用放射源137Cs和60Co;③200LmAl窗NaI(Tl)闪烁探头;④数据处理计算软件;⑤高压电源、放大器、:由90Sr—90Y源出射的β粒子垂直射入均匀磁场,,则这些粒子的能量即可由探测器直接测出;而粒子的动量值为:p=eBR=eBX/-90Y射出的粒子具有连续的能量分布(0~2127MeV),因此探测器在不同位置(不同X),、实验方法与结果实验时首先用放射源137Cs和60Co对NaI(Tl)闪烁探头进行能量定标以确定入射粒子的动能E与道数CH的关系(图三)。图三定标源137Cs、60Co的能谱图而后把真空室抽成真空,打开β-源开始实验,移动探测器测量不同位置处的β-粒子能谱峰位所对应的道数(图四),并记录相应的位置坐标(探测器与B源的间距X);接着根据能量定标曲线以及B粒子能谱峰位对应的道数计算B粒子的动能(要考