验证相对论关系实验报告.doc

1 验证快速电子的动量与动能的相对论关系实验报告摘要: 实验利用β磁谱仪和 NaI(Tl) 单晶γ闪烁谱仪, 通过对快速电子的动量值及动能的同时测定来验证动量和动能之间的相对论关系。同时介绍了β磁谱仪测量原理、 NaI(Tl) 单晶γ闪烁谱仪的使用方法及一些实验数据处理的思想方法。关键词: 电子的动量电子的动能相对论效应β磁谱仪闪烁记数器。引言: 经典力学总结了低速的宏观的物理运动规律,它反映了牛顿的绝对时空观,却在高速微观的物理现象分析上遇见了极大的困难。随着 20 世纪初经典物理理论在电磁学和光学等领域的运用受阻, 基于实验事实, 爱因斯坦提出了狭义相对论, 给出了科学而系统的时空观和物质观。为了验证相对论下的动量和动能的关系, 必须选取一个适度接近光束的研究对象。??的速度几近光速, 可以为我们研究高速世界所利用。本实验我们利用源 90Sr — 90Y 射出的具有连续能量分布的粒子和真空、非真空半圆聚焦磁谱仪测量快速电子的动量和能量,并验证快速电子的动量和能量之间的相对论关系。实验方案: 一、实验内容 1 测量快速电子的动量。 2 测量快速电子的动能。 3 验证快速电子的动量与动能之间的关系符合相对论效应。二、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 m 0 ,速度为 v 的物体,狭义相对论定义的动量 p 为: p mv mv ??? 01 2?(5— 1) 2 式中 mmvc??? 01 2/,/??。相对论的能量 E 为: E mc ? 2 (5— 2) 这就是著名的质能关系。 mc 2 是运动物体的总能量, 当物体静止时 v=0 , 物体的能量为 E 0 =m 0c 2 称为静止能量;两者之差为物体的动能 E k ,即 E mc mcmc k????? 222211 1()?(5— 3) 当β?1 时,式( 5—3 )可展开为 Emc vc mcmv pm k?????? 2 22 22 201 12 12 12 ()?(5— 4) 即得经典力学中的动量—能量关系。由式(5— 1)和(5— 2) 可得: EcpE 2220 2??(5— 5) 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: EEEcpmcmc k????? 0 2242 0 20 (4─ 6) 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图所示, 图中 pc 用 MeV 作单位,电子的 m 0c 2 = 。式(5— 4) 可化为: E pcmc pc k??? 1220511 222 22. 以利于计算。三、验仪器的介绍及方法: 1 、实验装置主要由以下部