范文俊相對(duì)論

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1、用0-粒子驗(yàn)證相對(duì)論動(dòng)量能量關(guān)系范文俊北京師范大學(xué)06級(jí)物理系指導(dǎo)老師：高有輝實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2009.4.3摘要：本實(shí)驗(yàn)通過(guò)用磁譜儀和能譜儀測(cè)量

2、3粒子的動(dòng)量和動(dòng)能，從而來(lái)驗(yàn)證相對(duì)論效應(yīng)下動(dòng)量能量關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)中分別測(cè)得空氣中、真空中以及真空中經(jīng)鋁膜損失修正的3組能量一動(dòng)量關(guān)系曲線，并把它們和理論情況下經(jīng)典和相對(duì)論的動(dòng)量一動(dòng)能曲線進(jìn)行比較，分析其誤差。關(guān)鍵詞：微機(jī)多道、磁譜儀、能譜儀、相對(duì)論動(dòng)量能量關(guān)系1.引言愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論開(kāi)辟了物理學(xué)的新的篇章，創(chuàng)立了全新的時(shí)空觀?，F(xiàn)在，它已應(yīng)用于近代物理的各個(gè)領(lǐng)域。這次實(shí)驗(yàn)通過(guò)同時(shí)測(cè)雖速度接近光速的B粒了的動(dòng)屋和動(dòng)能，證明牛頓力學(xué)只適用于低

3、速運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，必須使用相對(duì)論力學(xué)。我們?cè)跍y(cè)量驗(yàn)證過(guò)程中，學(xué)習(xí)帶電粒子特別是P粒子和y射線與物質(zhì)的相互作用，同時(shí)也學(xué)習(xí)了B磁譜儀和閃爍議的測(cè)量原理和使用以及其他核物理的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)。2.實(shí)驗(yàn)原理1、牛頓力學(xué)動(dòng)量與動(dòng)能Z間的關(guān)系：E=p2/2m.2、狹義相對(duì)論中動(dòng)量與動(dòng)能Z間的關(guān)系：Ek=E-厶)=+加(冷4-m{}c2(1)①3、B粒子及其物質(zhì)的相互作用：0能譜是連續(xù)譜，貝有固定的上限能量和固定的峰值。B射線與物質(zhì)相互作用有電離損失、軻致?lián)p失、彈性碰撞等。由于電子的靜止質(zhì)量很小，其速度可以很大，可以達(dá)到比鮫理想的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證效果。4、B射線動(dòng)能和動(dòng)量的測(cè)

4、量:①動(dòng)能測(cè)量：本實(shí)驗(yàn)通過(guò)Nal(T1)閃爍探測(cè)器與微機(jī)多道組成的能譜儀測(cè)得。B與Nal(T1)晶體相互作用，使晶體被激發(fā)，當(dāng)品體退激是會(huì)產(chǎn)生大量熒光光子，熒光光子被光電倍增管接受，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，因此光電倍增管輸出的脈沖幅度與入射粒了的能量成止比。將光電倍增管輸出的電壓脈沖送入微機(jī)多道。微機(jī)多道采用脈沖分析器(PI1A)的工作模式，它的道數(shù)n與輸入脈沖的幅度V成正比,而脈沖幅度V乂與入射粒子的動(dòng)能成正比，故B粒子的動(dòng)能與多道分析器的道數(shù)n成正比。這樣就可以得出E與n的定量關(guān)系E=a+bn,在實(shí)驗(yàn)小用標(biāo)準(zhǔn)源為60Co和1370s來(lái)標(biāo)定比例系數(shù)b和零道所對(duì)應(yīng)的能最②動(dòng)量測(cè)

5、量：B源射出的高速B粒子經(jīng)準(zhǔn)直后垂直射入一均勻磁場(chǎng)中，粒子因受到與運(yùn)動(dòng)方向垂直的洛倫茲力的作用而作圓周運(yùn)動(dòng)。因此町以計(jì)算出：p=eBR的關(guān)系式。其中P為動(dòng)量B為磁場(chǎng)大小R①詳細(xì)的推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)《近代物理實(shí)驗(yàn)》北京師范大學(xué)出版社為回轉(zhuǎn)半徑。圖1:實(shí)驗(yàn)裝置3.實(shí)驗(yàn)步驟首先、檢查儀器線路連接是否正確；并打開(kāi)多道能譜分析儀，慢慢調(diào)節(jié)“高壓調(diào)節(jié)”將倍增管工作電壓升至一個(gè)放大電壓（本實(shí)驗(yàn)用的是640V）；打開(kāi)計(jì)算機(jī)，雙擊UMS36圖標(biāo)進(jìn)入微機(jī)多道仿真系統(tǒng)。其次、定標(biāo)。將6叱。和“七$分別對(duì)準(zhǔn)閃爍探測(cè)器,測(cè)&叱。的1.33MeV、l?17Mev、0.21Mev峰值道數(shù)以及?cs的0.662Mev

6、、0.184Mev峰值的道數(shù)。測(cè)量為了得到較穩(wěn)定的值，需要較長(zhǎng)時(shí)間的等待。將測(cè)得的能量和道數(shù)擬合曲線。得到能雖與道數(shù)的關(guān)系式。然后，打開(kāi)機(jī)械泵抽真空三分鐘。放上鋰源，開(kāi)始測(cè)量快速電子的動(dòng)量和動(dòng)能。每個(gè)窗口測(cè)一個(gè)點(diǎn)，選定探測(cè)器位置后開(kāi)始逐個(gè)測(cè)量單能電子能峰，記下峰位道址CH和和應(yīng)的位置處標(biāo)。最后，按要求關(guān)閉儀器。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析⑴定標(biāo)結(jié)果：記錄了叱。的兩個(gè)全能峰和一個(gè)反散射峰，＞--C5的全能峰和反散射峰相應(yīng)的道址數(shù)②，用授小二乘法擬合得到圖3如下：數(shù)據(jù)見(jiàn)附帶數(shù)據(jù)復(fù)印頁(yè)譜儀能鼠標(biāo)定圖5011002502O30圖3能量定標(biāo)圖從圖小可以看到，通過(guò)最小二乘法擬合得到能量和道址數(shù)的線性

7、關(guān)系方程。擬合的=0.9992.方程為:E=0.0044xn-0.0415（2）由于放射源的輻射鮫小以及不能夠完全的對(duì)準(zhǔn)窗口，帶來(lái)了誤差。⑵動(dòng)量及能量的測(cè)量:如原理中所述，能量以及動(dòng)量的測(cè)定，在實(shí)驗(yàn)小反映到了道址數(shù)和冋轉(zhuǎn)半徑的測(cè)量。用公式（2）以及P=eBR可以計(jì)算出相應(yīng)的能量和動(dòng)量③。為了能夠反應(yīng)經(jīng)典與相對(duì)論能量與動(dòng)量的差別，我們?cè)跀?shù)據(jù)處理中，分別應(yīng)出了這些圖形。得到的圖形見(jiàn)圖4.在數(shù)據(jù)處理中，計(jì)算P時(shí)，我們選擇（ov/c）作為單位，這樣簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理的過(guò)程。本次實(shí)驗(yàn)所用的磁場(chǎng)人小為B二0.064102To詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)附頁(yè)W?'?空氣中測(cè)量值???>

8、量值■鋁膜修正?"相對(duì)論理論值〃—gx??■???■■???■4???X?Z‘■■:?—pc/MeV4.00003.50003.00002.50002.00001.50001.00000.50000.()000B粒子驗(yàn)證相對(duì)論動(dòng)屋-能屋關(guān)系0.50000.70000.90001.10001.30001.50001.70001.90002.10002.30002.5000圖4：B粒子驗(yàn)證相対論動(dòng)量■能量關(guān)系在上圖中，有5條曲線?？梢詮谋碇锌闯龇謩e為經(jīng)典理論、空氣、真空、鋁膜修止以及相對(duì)論理論值