近代物理实验期末小论文.doc

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1、0572432张鑫毅近代物理实验近代物理实验期末小论文相对论验证实验分析与总结提纲：本文对本学期我做的相对论实验进行了总结，涉及了实验的理论和测量方法，着重突出了实验中遇到的问题和数据误差的产生和解决方法，并提出了自己对测动量的一些看法。关键词：相对论动量公式推导，动能修正法，动量修正法，闪烁体20世纪初，物理学基本观念经历了三次影响深远的革命；作为这三次革命的标志和成果,就是狭义相对论，广义相对论和量子力学的建立。物理科学中有两个十分重要的实验发现一直困扰着人们。一个是1887年由迈克尔逊和莫雷所做的光速实验和另一个是所谓的黑体辐射。  狭义相对论改变关

2、于时间和空间的观念：从牛顿的绝对时空观念而成为四维时空观，这就是爱因斯坦于1905年提出他的相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦对牛顿经典理学进行了修正，并将经典理学的结果成功地引入为狭义相对论低速情况下的近似。为物理学的进一步法杖打下了坚实的基础。相对论的提出被誉为是二十世纪物理学最伟大的进步之一。然而，由于相对论在低速情况下可以过度到牛顿公式，也就是说，只有在接近光速的高速情况下才能体现出与牛顿经典理论的不同。但是要想得到接近光速的速度并且能够满足实验条件进行测量是非常不容易的。所以，验证相对论一直成为困扰实验物理学家的一个难题。在本实验中，我们通过对快

3、速电子的动量值及动能值的同时测定来验证动量和动能之间的相对论关系。能量为1MeV  粒子速度为0.94C.实验所用粒子的能量在0.4～2.27MeV范围。其速度非常接近光速C。所以能验证动质能的相对论关系。学习磁谱仪的测量原理及其他核物理的实验方法和技术。γ射线是原子核衰变或裂变时放出的辐射，本质上它是一种能量比可见光和X射线高得多的电磁辐射。利用γ射线和物质相互作用的规律，人们设计和制造了多种类型的射线探测器。闪烁探测器即是其中之一。它是利用某些物质在射线作用下发光的特性来探测射线的仪器，既能测量射线的强度，也能测量射线的能量，在核物理研究和放射性同位素

4、测量中得到广泛的应用。一、狭义相对论的动量和能量经典力学总结了低速物体的运动规律，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概念，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相互联系。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

5、从一个惯性系到另一个惯性系的变换方程，即“洛伦兹变换”。洛伦兹变换下，静止质量为，速度为v的物体，狭义相对论定义的动量p为：0572432张鑫毅近代物理实验（1）式中。相对论能量E为：（2）这就是著名的质能关系。是运动物体的总能量，当物体静止时，物体的能量为称为静止能量；两者之差为物体的动能，即（3）当时，（3）式可展开为（4）即得经典力学中的动量——能量关系。由（1）式和（2）式可得：（5）这就是狭义相对论的动量和能量关系。而动能与动量的关系为：（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-1所示，电子的。（4）式可化为二、

6、实验中涉及物理量的主要测量方法本实验的主体思想是设法测出高速运动的粒子的动能和动量，代入到上面推出的相对论动能和动量关系式中，从而验证狭义相对论的正确性。因此，实验的重点和难点问题就集中到了如何测量粒子的动量和能量上来了。由于实验报告中已经有过分析，下面我就简单地阐述一下原理，着重在公式推导：0572432张鑫毅近代物理实验1）动量的测得放射源放出的高速粒子经准直后垂直射入一个均匀的磁场中，粒子因受到与运动方向垂直的洛伦兹力的作用而作圆周运动。其方程为：（7）e为电子电荷，v为粒子速度，B为磁场强度。由（1）式可知，对某一确定的动量数值p，其运动速率为一常

7、数，所以质量m是不变的，故，且所以得到（8）2）动能的测得一般来说，粒子的能量可由接收到粒子的探测器直接测得，在这个实验中，我们利用的是能谱实验中运用到的NaI（Tl）闪烁探头和微机多道测量的组合来测量粒子的能量。为了测量粒子的动能，首先要利用已知的标准源和的光电峰对能量进行定标。随后在实验中测得峰位后，可用直线拟合的方法得到能量与道数之间的线性关系。由此可以求得粒子的动能。本实验直线拟合的工作已经完全由计算机代为完成。综上，由于粒子具有连续分布的能量，因此探测器在不同位置就可测得一系列不同的能量与对应的动量的值。这样就可以用实验方法确定测量范围内动能与动

8、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。三、