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2017年12月13日 星期三

丁酉(鸡)年十月廿六

动能关系 - 概述 [回目录]

经典力学总结了低速物体的运动规律,它反映了牛顿的绝对时空观。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,分别具有绝对性。绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参照系的运动状态无关,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:实验证明对高速度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(Einstein,1879—1955)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”。
狭义相对论将经典力学的相对性原理推广到电磁学光学,并应用于近代物理的各个领域。本实验通过同时测量高速运动的电子(速度接近光速)的动量和动能,验证狭义相对论的正确性。

动能关系 - 【预习重点】 [回目录]


  (1)经典力学及相对论的动量与能量关系。
(2)β磁谱仪、闪烁探头和多道分析器的原理。
(3)实验数据处理的思想方法。
参考书:《大学物理》,陈宜生主编;《原子核物理实验方法》,复旦大学清华大学北京大学合编;《应用γ射线能谱学》,克劳塞梅尔著;《相对论效应实验及装置》,《物理实验》第17卷第4期,陈玲燕等。

动能关系 - 【仪器】 [回目录]

β磁谱仪、闪烁探头、微机多道分析器、90Sr—90Yβ源、137Cs和60Co源。
实验装置及放射源能谱简介如下。

。在均匀磁场中放置一个真空盒,用一机械泵使盒中空气压力降至1Pa~0.1 Pa,以减少β粒子与空气分子的碰撞。真空盒面对放射源和探测器一面用高强度塑料膜密封。β粒子穿过此膜时所损失的能量很小。

  90Sr—90Yβ源放射出的β粒子经准直孔后垂直射入真空室。β粒子的能谱为连续能谱,根据运动电子在磁场中偏转的性质,不同能量的电子在磁场中偏转的路径不同,左右移动探头,可接受到不同能量的β粒子。探测器是NaI闪烁计数器,由NaI晶体和光电倍增管构成。闪烁体有一厚度为200μm的铝膜保护窗,β粒子穿过铝膜时有一定的动能损失。表55—1为入射动能Ei的β粒子穿过铝膜后的动能Et之间的关系表,单位为MeV。实验中可用线性内插法从穿过铝膜后的动能Et算得粒子的入射动能Ei。

闪烁晶体接受射线后发射荧光光子,经光电倍增管倍增后,在高压阳极上产生脉冲信号。此脉冲信号经多道分析器记录和分析。

  光电倍增管接受的信号送多道分析器,多道分析器采用脉冲幅度分析的工作模式,可以同时给出不同脉冲幅度U所对应的道数n和脉冲计数值N,其中道数n与输入脉冲的幅度U成正比。因脉冲幅度又与入射粒子的动能Ei成正比,因此,入射粒子的动能Ei与多道分析器的道数n成正比。为了确定入射粒子动能Ei与道数n的定量关系,可用几个已知放射源的能量所对应的道数来定标两者的比例系数b和零道所对应的能量a,即Ei=a+bn。

 多道分析器测出的137Cs的能谱,其横坐标是道数n,纵坐标是计数值N,测得的γ能谱有3个峰和1个平台。最右边的峰A称为光电峰或全能峰。此时γ射线的能量几乎全部交给光电子,所以光电子动能即为γ射线的能量(对于137Cs射线的能量就是0.662MeV)。平台状曲线B称康普顿平台,γ光子与原子的电子作用而被散射,发生了方向的改变,损失部分能量同时打出一个反冲电子,反冲电子的能量随散射角连续变化,所以康普顿电子能谱是一个连续谱,形成平台B。峰C是反射峰,即散射角等于180°的反射光子返回闪烁体时,被记录的结果(137Cs的反散射光子能量为0.184MeV)。D峰为137Cs的β衰变体137Ba的0.662MeV激发态在放出内转换电子后造成K层电子空位,外层电子跃迁至K层产生X射线所致。


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更新时间 : 2009-04-17

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