近代物理实验相对论电子的动能与动量关系的测量

即得经典力学中的动量—能量关系。
由上可得 此为狭义相对论的动量与能 量关系。而动能与动量的关系为： 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m0c2=0.511MeV。可化为：
实验装置
实验装置主要由以下部分 组成： ①真空、非真空半圆聚焦 磁谱仪； ②放射源90Sr—90Y(强度≈1 毫居里)，定标用γ放射源 137Cs和60Co强度≈2微居里； ③200m Al窗NaI(Tl)闪烁探 头； ④数据处理计算软件； ⑤高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器。 核辐射与某些物质相互作用会使其电离、激发而发射荧光， 闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。
实验内容
一、实验步骤： ①检查仪器线路连接是否正确，然后开启 高压电源，开始工作； ②打开60Coγ定标源的盖子，移动闪烁探测器使其狭缝对 准60Co源的出射孔并开始记数测量； ③调整加到闪烁探测器上的高压和放大数值，使测得的 60Co的1.33MeV峰位道数在一个比较合理的位置； ④选择好高压和放大数值后，稳定10～20分钟； ⑤正式开始对NaI(Tl)闪烁探测器进行能量定标，首先测量 60Co的γ能谱，等1.33MeV光电峰的峰顶记数达到1000以上后 （尽量减少统计涨落带来的误差），对能谱进行数据分析， 记录下1.17和1.33MeV两个光电峰在多道能谱分析器上对应 的道数CH3、CH4； ⑥移开探测器，关上60Coγ定标源的盖子，然后打开137Csγ 定标源的盖子并移动闪烁探测器使其狭缝对准137Cs源的出射 孔并开始记数测量，等0.661MeV光电峰峰顶记数达到1000
后对能谱进行数据分析，记录下0.184MeV反散射峰和0.661 MeV光电峰在多道能谱分析器上对应的道数CH1、CH2； ⑦关上137Csγ定标源，打开机械泵抽真空； ⑧盖上有机玻璃罩，打开β源的盖子开始测量快速电子的 动量和动能，探测器与β源的距离X最近要小于9cm、最远 要大于24cm，保证获得动能范围0.4～1.8MeV的电子； ⑨选定探测器位置后开始逐个测量单能电子能峰，记下 峰位道数CH和相应的位置坐标X； ⑩全部数据测量完毕后关闭β源及仪器电源，进行数据处 理和计算。 二、注意事项： ①闪烁探测器上的高压电源、前置电源、 信号线绝对不可以接错； ②装置的有机玻璃防护罩打开之前应先关闭β源； ③应防止β源强烈震动，以免损坏它的密封薄膜； ④移动真空盒时应格外小心，以防损坏密封薄膜； ⑤用机械泵抽真空时，由于真空盒密封性较差，需要一直 让机械泵运作。
1、动量测量：磁谱仪内预抽真空运动的β粒子在 磁场中受洛仑兹力用，其运动方程为 其中p为β粒子动量，e为电子电荷，u为β粒子的运 动速度，B为均匀磁场的磁感应强度。由于洛仑兹 力始终垂直于β粒子的运动方向，所以β粒子的运 动速率不发生改变，那么质量也就保持恒定，解 此运动方程可得 p = eBR 其中R 为β粒子运动轨道 的曲率半径。 2、动能测量：测量β粒子的动能用闪烁能谱仪完 成。β粒子穿过铝质密封窗、铝质反射 层和塑料薄 膜后，其损失的部分动能必须进行修正。根据提 供的仪器具体参数进行校正，而由测量到的粒子 的动能，给出入射粒子进入窗口前的动能大小。
目录
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实验背景； 实验目的；
实验原理；
实验装置； 实验内容。
实验背景
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”。
三、数据修正：主要包含两部分：一、在Al膜中的 能量损失修正；二、对有机塑料薄膜能量吸收的修 正。皆采用分段线性插值的方法，书中提供了已经 计算好的对应关系表。不过此之前还需进行定标， 已提供定标曲线E=0.00877+0.0041CH，由道数CH 可求出E，然后再通过两步修正，即可得到动能值 ，而后求出pc值，即可进行两者对比，并计算相对 误差。
艾萨克· 牛顿
阿尔伯特· 爱因斯坦
实验目的
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；
同时了解β磁谱仪测量原理、闪烁 记数器的使用方法；
了解一些修正方法及实验数据处 理的思，速度为v的物 体，狭义相对论定义的动量p为： 式中 ，相对论的能量E为： 此即质能方程， 是运动物体的总能量，当物体 静止时 ，物体的能量为 ，称为静能 量；两者之差为物体的动能 当 时，上式可化为