相對論驗證實驗中誤差分析——近代物理實驗ppt課件

1、相對論驗證明驗中的誤差分析相對論驗證明驗中的誤差分析近代物理實驗近代物理實驗課題成員：胡旭時間：2019年6月19日地點：復(fù)旦物理樓二樓大會議室報告內(nèi)容報告內(nèi)容n實驗原理n實驗過程n實驗數(shù)據(jù)處置n實驗結(jié)果討論實驗安裝n 實物圖 原理圖實驗原理實驗原理n電荷為e，速度為v的電子在磁感應(yīng)強度為B的磁場中運動時，其運動方程為n 1n其中，電子的相對論質(zhì)量 ，n為電子的靜止質(zhì)量。在特殊情況下，電子在垂直于均勻磁場的平面中運動時，1式變?yōu)閚 2d(mV)eVBdt 022mmV1C2mVeVBPmVeBRR 實驗原理實驗原理n其中P為電子動量，R為電子運動軌道的曲率半徑。n由電子的BR值可求出電子的動能

2、E，經(jīng)典力學(xué)中動量值與動能的關(guān)系為n而在相對論關(guān)系下2kPE2m222 22 42k00oEmcmc(P cm c ) m c實驗原理n在同一圖中畫出2者的圖像如下：實驗方法 n 在實驗中選取一定的高壓后，動量可以直接根據(jù)探頭的位置X與磁場強度B計算得出。經(jīng)過知各峰能量值的 ，兩放射源定出軟件中各道址代表的能量值，直接丈量得到能量，用軟件直接擬合出所需圖像，進而驗證。137Cs60Co實驗結(jié)果n經(jīng)過實驗，選取高壓為700V，采集數(shù)據(jù)后經(jīng)過軟件擬合，得到如下數(shù)據(jù)：n表1：等效磁場擬合結(jié)果CHEXPCPCTAM/GsDPC/%1830.54619.80.9460.925644.172.33080.

3、81322.41.1981.222647.521.94281.075251.4641.501649.132.55421.32527.51.711.763650.3636511.563301.9552.011650.722.87611.80532.52.2012.259651.372.6實驗結(jié)果n表2：平均磁場擬合結(jié)果nMF=647.3GsCHEXPCPCTDPC/%1830.54619.80.9510.9252.83080.81322.41.1981.22224281.075251.461.5012.75421.32527.51.7021.7633.46511.563301.9452.0113

4、.37611.80532.52.1872.2593.2實驗結(jié)果n表3：等效磁場與平均磁場擬合結(jié)果的對比圖CH等效磁場擬合DPC/%平均磁場擬合DPC/%D/%1832.32.8-0.53081.92-0.14282.52.7-0.254233.4-0.46512.83.3-0.57612.63.2-0.6誤差分析n 由實驗結(jié)果可知，在等效磁場擬合中，出現(xiàn)的最小誤差為1.9%，最大為3.0%，這個結(jié)果是比較理想的，但仍存在誤差，經(jīng)過對實驗原理的回視可以發(fā)現(xiàn)，本實驗所驗證相對論的主要根據(jù)來自于實驗中所丈量的電子動量及能量，分動量方面的誤差與能量方面的誤差來討論誤差分析動量方面n由實驗原理可知nP是

5、一個經(jīng)過計算所間接得到的數(shù)據(jù)，在電子電量作為知條件的情況下，P的誤差來源于對磁場B的估計與對X的丈量：XPmV=eBR=eB2D誤差分析動量方面n來自B的誤差：n在本實驗中，用于產(chǎn)生均勻磁場的是兩塊較大的平板磁體。經(jīng)過實驗結(jié)果中的兩組擬合結(jié)果可以看出，在X=19.8cm處，等效磁場約為644.17GS，而在X=32.5cm處，等效磁場升到了651.37GS，將擬合方式換為采取平均磁場擬合后，可以從表3明顯看出，其誤差普遍增大，幅度從0.1%到0.6%不等，這也闡明誤差一部分來自于磁場的想法是合理的。誤差分析動量方面n能夠的緣由是由于產(chǎn)生磁場的磁體本身磁場不均勻，而且也遭到了外界的干擾，另一方面

6、，由實驗原理中可以看出，探頭及發(fā)射源所處的位置本身就位于磁場的邊境，不能夠處于均勻的磁場中。誤差分析動量方面n另外，磁場的不均勻產(chǎn)生X丈量的誤差，從而導(dǎo)致結(jié)果的誤差誤差分析動量方面n來自X的誤差：n在實驗中，X從標(biāo)尺上直接讀出，將其數(shù)值輸入軟件后軟件自動減去發(fā)射源的位置以得到實踐的間隔差，在實踐丈量中，探頭與出射孔的對齊如右圖表示n在實驗中對齊的主要斷定來源于人眼對小孔上標(biāo)志與探頭上小孔對齊的斷定，由于誤差及小孔上的標(biāo)志存在一定的寬度，所以會出現(xiàn)如右圖所示的情形，即實踐上電子的出射位置與刻度的位置不重合，X的丈量數(shù)值與實踐數(shù)值存在的差值即為誤差來源。誤差分析能量方面n從能量方面來看，本實驗中的

7、一切能量數(shù)據(jù)均由探頭直接接納，然后運用軟件分析，因此能量的主要誤差來源應(yīng)該來自于定標(biāo)時候的誤差以及探頭本身的儀器誤差，對本實驗，丈量的CH與E如下表：n表4：能量道址n采用origin軟件擬合 E=A+B*CHn得到：A= B=n對B，相對誤差為0.2%，曾經(jīng)可以忽略不計，即定標(biāo)曲線是嚴厲線性的，對實驗本身產(chǎn)生的影響可不計。CH64284515588E0.1840.6621.171.3360.002194.46 100.042740.00186誤差分析能量方面n實驗中要求電子的軌跡室處在低真空形狀下，上述數(shù)據(jù)的采集環(huán)境較穩(wěn)定，真空度較好，但為了嚴厲起見，思索在軌跡室內(nèi)存在氣體雜質(zhì)的情況下對實驗

8、產(chǎn)生的誤差影響。n在真空不純的時候，電子的運動軌道如上圖所示：n假設(shè)原天性量為E的粒子應(yīng)該于A點出射，如今由于與雜質(zhì)粒子的相互作用導(dǎo)致能量減少，于B點出射且軌道不規(guī)那么，呵斥的結(jié)果是實踐上B點出射的粒子能量不等于其對應(yīng)的能量。經(jīng)過前面的數(shù)據(jù)中，點處于相對論曲線的上方可猜測此時的實踐能量應(yīng)該大于從X所計算出的能量。誤差分析能量方面n對本次實驗，儀器的真空度較好，為了驗證上述猜測，此處援用B15組同窗的實驗結(jié)果，在他們的實驗中，真空系統(tǒng)出現(xiàn)了較明顯的漏氣景象。n 真空度好 真空度不好CH等效磁場擬合DPC /%空氣模式擬合DPC/%D/%2322.10.51.62890.41.4-14403.71

9、.42.35584.21.72.56734.21.42.88015.32.33CH等效磁場擬合DPC/%空氣模式擬合DPC/% 1832.32.13081.95.64282.55.7542366512.85.67612.65.4誤差分析能量方面n此外對于電子，其能量越大，運動的軌跡越長，遭到雜質(zhì)粒子的影響越嚴重，能量誤差也就越大，表現(xiàn)出來的結(jié)果是道址越高，其誤差越大，此點從援用的漏氣組對比實驗數(shù)據(jù)可以看出，在真空度較好的時候也有趨勢誤差分析數(shù)值nX：探頭的狹縫寬約為0.3mm，在出射口上做的記號大約0.05mm寬n狹縫假設(shè)中：即使探頭完全偏離狹縫，其誤差也只需0.05mm，對于DX取最小，也就是55.50mm時，其相對誤差為0.09%，缺乏以使總結(jié)果產(chǎn)生3%左右的誤差。n磁場影響假設(shè)中：取極端情況，相對誤差也只需0.2%，亦缺乏以產(chǎn)生3%左右誤差。誤差分析n綜上，本實驗的誤差來源主要是磁場不均勻與實驗