相對論效應實驗裝置的改進與分析討論

周霞 鄺家星 陳忠陽 魏源 馬丹陽

摘 要：快速電子驗證相對論效應實驗對學生透徹的了解掌握相對論有著重要的幫助。此文分析了傳統實驗裝置不足之處，針對不足之處對實驗裝置做出了幾點改進，并通過前后對比實驗，達到了減小實驗誤差的目的，更好的驗證了相對論效應。

關鍵詞：快速電子; 相對論效應; 實驗裝置改進

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1006-3315（2019）10-136-001

1.引言

狹義相對論討論的是高速物體運動規律。在實際教學中學生對相對論概念很難有清晰的認識。用快速電子驗證相對論效應實驗可以讓學生有感性的認識。傳統裝置具有入射粒子垂直度不夠高;真空度不夠;移動探頭產生讀數誤差等缺點。本文將針對這幾點提出對裝置的改進意見。

改進二：同時我們重新設計了真空系統，利用二級機械泵將磁譜儀真空盒與油擴散泵內的真空度降到10-1Pa，然后打開油擴散泵的冷卻水，接通擴散泵熱電源，使被抽氣體分子越過界面被前級泵（機械泵）抽走。通過上述改進，磁譜儀真空盒內的真空度可達到10-5Pa，從而有效減少空氣分子與入射粒子的碰撞。[3]

改進三：由于傳統裝置是手動控制探頭，必然會造成誤差。所以，我們利用加裝在閃爍探頭上的步進電機（將電脈沖信號轉變為線位移），以此確保閃爍探頭等間隔移動，有效避免實驗者操作誤差，同時也方便數據處理及作圖。[3]

基于以上三點改進裝置進行實驗后，發現得到的數據能更精準地驗證快速電子的能量與動量的相對論關系。

4.結語

綜上所述，通過三點改進（使用Pb準直器提高放射源入射粒子的垂直度;提高真空盒的真空度;在探頭處添加步進電機減小讀數誤差），我們更精確地驗證了快速電子動量和動能的相對論關系，讓學生對抽象的理論有感性的認識。

參考文獻：

[1]陳玲燕.改進型驗證相對論效應實驗裝置[J]工科物理，1998，8（5）：23-25

[2]戴亞飛.快速電子驗證相對論效應實驗中幾個問題的分析[J]大學物理實驗，2003，11（1）：16-19

[3]劉志軍.快速電子驗證相對論實驗中探測器定位方法的探討[J]太原師范學院學報（自然科學版），2008，7（2）：138-139

[4]李國慶，陶敏龍，李加興.近代物理實驗[M]北京：科學出版社，2012：165-170