实验57+验证快速电子的相对论效应(本科生)1
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2022-08-03
18:36:04
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实验 57 验证快速电子的相对论效应
相对论是近代物理学中两大理论支柱之一, 它的出现掀起了近代物理学的一场革命，使人们
对时间和空间有了新的认识，产生了新的时空观.
由于观测相对论效应需要接近光速的快速运动粒子，所以使得大众性实验受到限制. 本实验
巧妙地利用原子核衰变过程中放射出的快速运动电子作为实验对象，非常直观、方便地观测到相
对论效应，使学生从实验上接近了相对论，加深了对相对论的感性认识.
【实验目的】
(1)通过对快速电子动量和动能的测量，验证动量和动能的相对论关系.
(2)了解平面半圆磁聚焦磁谱仪的工作原理.
【实验原理】
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：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）可通过伽利略变换建立起联系，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 20 世纪初，人们在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. 实验也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个惯性系的变换方程即“洛仑兹变换”.
洛仑兹变换下，静止质量为
0
m
，速度为
的物体，狭义相对论定义其动量
p
为：
p
=
m
m
2
0
1
（1-1）
式中
2
0
1/
mm
，
c/
. 相对论的能量为
2
mcE
（1-2）
这就是著名的质能关系.
2
mc
是运动物体的总能量，当物体静止时
=0，物体的能量为 E
0
=
2
0
cm
，称为静止能量. 两者之差即为物体的相对论动能 E
K
，即：
K
E
=
2
mc
2
0
cm
=
2
0
cm
（
)1
1
1
2
（1-3）
由式（1-1）和式（1-2）得
222
pcE
=
2
0
E
（1-4）
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