相对论验证试验中的数据修正讨论-复旦大学物理教学试验中心Fudan.PDFVIP

相对论验证实验中的数据修正讨论 ——by 06300300072 李枫 Abstract In the experiment to verify the relativistic relationship of momentum-energy with βparticals,the data we picked from the computer should be corrected. The energy of βparticals have been absorbed by Al film and organic plastic film.Observe the E graph of k - ∆E to study the relationship between them.The factor of βenergy absorption is discussed. The graph is satisfied with the given theory. Keywords The experiment to verify the relativistic relationship of momentum-energy with β particals ； βenergy absorption； data correction Introduction 相对论是20 世纪物理学史上最重大的成就之一，它包括狭义相对论和广义相对论两个部分， 狭义相对论变革了从牛顿以来形成的时空概念，提示了时间与空间的统一性和相对性，建立 了新的时空观。狭义相对论最重要的结论是使质量守恒失去了独立性。它和能量守恒原理融 合在一起，质量和能量可以互相转化。如果物质质量是 M ，光速是 C，它所含有的能量是 E=MC2 。自相对论诞生以来，对其的非议也由来已久，但随着一些实验验证相对论的成功 （如康普顿效应，电子偶的产生与湮灭，穆斯堡尔效应，引力红移，γ射线的红移与蓝移， 地面上的μ子流，π介子寿命，π介子的γ衰变，雷达回波延迟实验，水星近日点的进动， 中微子的发现，π介子寿命等）相对论的正确性也逐渐得到大家的公认。在本实验中，我们 把实验测得的高速β粒子的动能-动量关系图与理论图相比较，以此验证相对论。但是由于 实验中β粒子的能量会不可避免地被Al 膜以及有机塑料膜所吸收，所以实验测得的β粒子 动能需要用线性插值法进行修正。本文对实验数据的修正进行论述，并从中探讨β粒子在穿 过物质时能量损失的情况。 Theory parts 在经典力学中动量值与动能的关系为 2 E =P /2m k 当物体接近光速时，就要涉及到相对论，这时动量值与动能的关系为 2 2 2 4 2 E E =−E c p =+m c −m c k 0 0 0 本实验以β粒子为研究对象，得到其Ek -Pc 图，验证其是否符合右图对应的相对论的理 论图形。 但是由于实验设备原因（防止探测器闪烁体 NaI(Tl)潮解的Al 膜以及包装真空室的有机 塑料薄膜都会对β存在一定的能量吸收，所 以最后实验收集测得的能量并非β粒子的 动能，故而虚对其值经行修正。 I β粒子在铝膜中的能量损失修正 β ∆E 设 粒子在铝膜中穿越 的动能损失为 ，则： ∆x dE ∆E ρ=∆x （1） ρdx dE dE dE 其中 （ 0）是Al 对 粒子的能量吸收系数（ 是Al 的密度）， 是关于E 的 β ρ ρdx ρdx