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1、相对论验证实验中的结果解释和能谱图分析游剑0572412光信息科学与技术2008.1.2游剑实验原理介绍电子在磁场中运动方程:当电子在垂直与均匀磁场的平面上运动:mV2/R=eVB→P=mV=eBR故β磁谱仪是一个可进行动量分析的仪器2008.1.2游剑实验的基本思想以β-粒子作为实验对象,验证其动能与动量符合相对论关系式,从而验证爱因斯坦相对论的基本理论及其推论的正确性Ek=p2c2/2m0c2Ek=E-E0=（P2c2+m02c4）1/2-m0c2通过实验测出高速电子的动量与动能,并依此作出Ek-Pc图,
2、将其与经典力学下的Ek-Pc图进行比较,从而得出实验的结论2008.1.2游剑实验装置2008.1.2游剑实验结果(1)能量定标2008.1.2游剑(2)β-粒子能谱图2008.1.2游剑(3)探测器不同位置测得的峰值道址2008.1.2游剑（4）高速电子动能和动量的测量A.等效磁场法(真空)2008.1.2游剑B.均匀磁场法（真空）其中,均匀磁场为MagfieldB=648.4Gs2008.1.2游剑高速电子动能与动量关系图2008.1.2游剑1.对计算机软件给出的数据和图象进行分析(1)关于能量E的由来E
3、=0.00211*CH+0.000498代入CH值验算能量值,E并不是简单地由定标曲线上计算出来的，而是程序自动加上了β-粒子穿过Al膜、穿过封闭真空室的有机塑料薄膜时损失的能量得来的2008.1.2游剑定标曲线计算值和程序给出的E值的差值△E不同能量的β-粒子穿过这些膜时，系统认为它们损失的能量是不同的2008.1.2游剑(2)关于Pc能量值的由来对于等效磁场：P=e△x/2,对于不同的轨迹，是不同的，由电脑自行按照公式算出其值代入公式即可对于均匀磁场：B=648.4Gs，由实验资料可知均匀磁场可以看作是整
4、个磁场区域的B的加权平均值。对前面几个有效磁场算术平均，得到的结果为B=648.81Gs≠648.4Gs2008.1.2游剑(3)关于PcT能量值的由来PCT是能量的理论值Ek=E-E0=（P2c2+m02c4）1/2-m0c2而m0c2=0.511MeV两种方法的PCT栏是完全一样的2008.1.2游剑(4)DPC的由来DPC=∣PCT-PC∣/PCT*100%ORDPC=∣PCT-PC∣/PC*100%DPC的除数是理论值PCT而非实际值PC2008.1.2游剑2．对β-粒子能谱图的峰值的探究（1）噪声本
5、底B峰的来源分析本底的图象2008.1.2游剑本底来源：暗电流光阴极材料的热电子发射电极间绝缘材料的漏电可能场致发射，即管内电极尖端和棱角处由于电场很强发射的电子残余气体的电离2008.1.2游剑实验表明:当没有高速电子入射时,随着时间的延长,B峰缓慢上升;而当有高速电子入射时发现,B峰快速上升2008.1.2游剑B峰不完全是由于噪声的影响B峰还反映了X射线的能谱2008.1.2游剑（2）不同位置β-粒子能谱图的分析：不同的Ｘ位置测量的β-粒子能谱图是有显著差异的！差异主要在于：（１）Ａ，Ｂ峰的间隔（２）Ａ，
6、Ｂ峰高的差异2008.1.2游剑2008.1.2游剑2008.1.2游剑对β-粒子能谱图变化的解释（１）Ａ，Ｂ峰的间隔每一个道址就对应了不同的电子能量，且道址越大能量越大增大X位置，探测到的电子能量增大，A，B峰之间的间隔会增大2008.1.2游剑（２）Ａ，Ｂ峰高的差异对A峰可以理解为，β-粒子的能量分布在X轴上是呈正态分布的：能量过大或过大的电子出现的概率低从而测到的电子数少，而处于中间能量的电子出现的几率高从而测到的电子数较多2008.1.2游剑对B峰的可以理解为B峰呈线性减小对应的是产生的X射线能量随X
7、轴位置线性减小。主要是因为引起X射线的电子的数目随X轴位置增大而减小，靠近原点的位置电子数目多而远离原点位置的电子数目少，从而产生的X射线也是靠近原点更多而远离原点更少2008.1.2游剑Thankyou!ChallengeTime2008.1.2游剑2008.1.2游剑横坐标表示A峰的粒子数,纵坐标表示B峰的粒子数.可以看出B峰电子数目的增加与A峰电子数目的增加成正比例关系,从理论上可以解释这个结论,如果发生碰撞的电子数目增加的越快,发生跃迁的电子数目增加的也会越快,产生的X射线强度越大。而在没有电子放射源
8、时,B峰增加缓慢,则是因为无源时,没有入射电子与探测器发生碰撞,不会产生X射线,此时B峰的增加完全是由于噪声引起的。而且从实验可以发现,B峰的位置并不改变,这也说明X射线的特征谱线只与靶材料有关,与入射电子的能量无关。这与X射线产生理论是完全吻合的。——戴亚飞，罗成林.快速电子验证相对论效应实验中几个问题的分析，大学物理实验，2003年3月出版第16卷第一期：16-182008.1.2游剑
