相对论验证试验的相关问题及探究07300700154黎宇章摘要本文.DOCVIP

相对论验证实验的相关问题及探究 07300700154 黎宇章 摘要 本文主要运用测量快速电子动能和能量关系的方法，通过比较相对论中动量能量关系和实测数据，验证相对论效应。实验中，我们针对实验中易出现的问题，通过查阅大量资料和验证，如何使β粒子测量曲线与理论值更接近和应对本底脉冲和干扰计数给出了解决方法。 关键词 相对论 电子动量 电子动能 能量损耗 引言 1905年爱因斯坦提出了相对性原理和光速不变原理，建立了狭义相对论。在经典力学中，物体动能和动量的关系是EK=P2/2m，是一个二次关系，而在狭义相对论中动能和动量的关系是E2-C2P2=E02，是一个等次的关系。因此高速运动的粒子在相对论体系中体现出与经典力学截然不同的性质。 快速电子验证相对论就是验证相对性原理的正确性的一个实验。实验测测量高速运动粒子的动能，分别运用相对论公式和经典公式计算出理论动量，与测量出的实际动量值比较，来验证相对论效应。 在实验中常常出现实验曲线相比理论曲线较低，和磁谱仪低能区本底和干扰计数造成的影响比较严重的问题，应采用恰当的方式计算β粒子的能量损耗，解决实验出现的问题。 实验原理 电荷为e速度为V的电子在磁感应强度为B的磁场中运动时，其运动方程为 d(mv)/dt=-Ev×B 其中，电子的相对论质量m=m0/(1-v2/c2)1/2 ,m0为电子的静止质量。电子在垂直于均匀磁场的平面中运动时，（1）式变为 Mv2/R=evB P=mV=eBR P为电子动量。在磁谱仪中常用BR表示P，可以看出若B不变，不同R值对应于电子不同动量。 在经典力学中，动能与动量关系： EK=P2/2m 在相对论关系中： EK=E-E0=（c2p2+m02c4）1/2-m0c2 实验过程： 定标： 137Cs: 光电峰 0.662Mev 反散射峰 0.184 Mev 60Co: 光电峰1 1.275Mev 光电峰2 0.511 Mev x=19.8cm 峰道址：289 x=22.4cm 峰道址：440 x=25.0cm 峰道址：594 x=27.6cm 峰道址：743 x=30.0cm 峰道址：898 CH Ef Ei PC（计算） PC（测量） 误差 289 0.43844 0.534 0.911 0.951 4.21% 440 0.67098 0.761 1.165 1.203 3.16% 594 0.90814 0.996 1.418 1.455 2.54% 743 1.1376 1.225 1.659 1.707 2.81% 898 1.3763 1.463 1.907 1.940 1.70% 如上图，即为相对论计算值PC与测量值PC的关系，结合数据可知，误差在5%之内，基本相符。因此相对论原理得到了验证。 上图为测量所得PC与经典原理下计算出PC的比较，容易发现相距很大。 误差分析 ● 由于实验室的60Co源较弱，在寻峰误差。 ● 真空不完全，造成一定的能量损失。 ● 计算采用了一些近似（线性插值法）。 ● 磁场区域的非均匀性。β粒子通过磁场区域不能做到完全处处相等，特别在入射出射区域，磁场的边缘效应会比较明显，因此应该用合理的方法如平均磁场和等效磁场拟合出粒子经过区域的磁场强度。 实验常见问题探究 一．.实验曲线相比理论曲线较低 在做实验中，我们发现β粒子能量测量值总是低于计算值。其中穿过铝膜的损耗部分，已根据课本上的表格进行了修复，然而仍然有损耗未被考虑在内。如： 1.穿过有机塑料密封膜带来的损耗 2.与磁谱仪中残留空气作用带来的损耗 3.穿过探头上金属密封片带来的损耗 经过查阅大量的资料，找到了有关数据的修复方法。 β粒子穿过有机塑料薄膜带来损耗 修复公式： △E=0.00677+0.01482exp[一(E-0.225)／0.050281] (公式1) 可知密封膜