概述
經典力學總結了低速物體的運動規律，它反映了牛頓的絕對時空觀。絕對時空觀認為時間和空間是兩個獨立的觀念，彼此之間沒有聯繫，分別具有絕對性。絕對時空觀認為時間與空間的度量與慣性參照系的運動狀態無關，同一物體在不同慣性參照系中觀察到的運動學量（如坐標、速度）可通過伽利略變換而互相聯繫。這就是力學相對性原理：一切力學規律在伽利略變換下是不變的。１９世紀末至２０世紀初，人們試圖將伽利略變換和力學相對性原理推廣到電磁學和光學時遇到了困難：實驗證明對高速度運動的物體伽利略變換是不正確的，實驗還證明在所有慣性參照系中光在真空中的傳播速度為同一常數。在此基礎上，愛因斯坦（Ｅｉｎｓｔｅｉｎ，１８７９—１９５５）於１９０５年提出了狹義相對論，並據此導出從一個慣性繫到另一慣性系的變換方程即“洛倫茲變換”。
狹義相對論將經典力學的相對性原理推廣到電磁學和光學，並套用於近代物理的各個領域。本實驗通過同時測量高速運動的電子（速度接近光速）的動量和動能，驗證狹義相對論的正確性。
【預習重點】
（１）經典力學及相對論的動量與能量關係。（２）β磁譜儀、閃爍探頭和多道分析器的原理。
（３）實驗數據處理的思想方法。
參考書：《大學物理》，陳宜生主編；《原子核物理實驗方法》，復旦大學、清華大學、北京大學合編；《套用γ射線能譜學》，克勞塞梅爾著；《相對論效應實驗及裝置》，《物理實驗》第１７卷第４期，陳玲燕等。
【儀器】
β磁譜儀、閃爍探頭、微機多道分析器、９０Ｓｒ—９０Ｙβ源、１３７Ｃｓ和６０Ｃｏ源。實驗裝置及放射源能譜簡介如下。
。在均勻磁場中放置一個真空盒，用一機械泵使盒中空氣壓力降至１Ｐａ～０.１ Ｐａ，以減少β粒子與空氣分子的碰撞。真空盒面對放射源和探測器一面用高強度塑膠膜密封。β粒子穿過此膜時所損失的能量很小。
９０Ｓｒ—９０Ｙβ源放射出的β粒子經準直孔後垂直射入真空室。β粒子的能譜為連續能譜，根據運動電子在磁場中偏轉的性質，不同能量的電子在磁場中偏轉的路徑不同，左右移動探頭，可接受到不同能量的β粒子。探測器是ＮａＩ閃爍計數器，由ＮａＩ晶體和光電倍增管構成。閃爍體有一厚度為２００μｍ的鋁膜保護窗，β粒子穿過鋁膜時有一定的動能損失。表５５—１為入射動能Ｅｉ的β粒子穿過鋁膜後的動能Ｅｔ之間的關係表，單位為ＭｅＶ。實驗中可用線性內插法從穿過鋁膜後的動能Ｅｔ算得粒子的入射動能Ｅｉ。
閃爍晶體接受射線後發射螢光光子，經光電倍增管倍增後，在高壓陽極上產生脈衝信號。此脈衝信號經多道分析器記錄和分析。
光電倍增管接受的信號送多道分析器，多道分析器採用脈衝幅度分析的工作模式，可以同時給出不同脈衝幅度Ｕ所對應的道數ｎ和脈衝計數值Ｎ，其中道數ｎ與輸入脈衝的幅度Ｕ成正比。因脈衝幅度又與入射粒子的動能Ｅｉ成正比，因此，入射粒子的動能Ｅｉ與多道分析器的道數ｎ成正比。為了確定入射粒子動能Ｅｉ與道數ｎ的定量關係，可用幾個已知放射源的能量所對應的道數來定標兩者的比例係數ｂ和零道所對應的能量ａ，即Ｅｉ＝ａ＋ｂｎ。
多道分析器測出的１３７Ｃｓ的能譜，其橫坐標是道數ｎ，縱坐標是計數值Ｎ，測得的γ能譜有３個峰和１個平台。最右邊的峰Ａ稱為光電峰或全能峰。此時γ射線的能量幾乎全部交給光電子，所以光電子動能即為γ射線的能量（對於１３７Ｃｓ射線的能量就是０.６６２ＭｅＶ）。平台狀曲線Ｂ稱康普頓平台，γ光子與原子的電子作用而被散射，發生了方向的改變，損失部分能量同時打出一個反衝電子，反衝電子的能量隨散射角連續變化，所以康普頓電子能譜是一個連續譜，形成平台Ｂ。峰Ｃ是反射峰，即散射角等於１８０°的反射光子返回閃爍體時，被記錄的結果（１３７Ｃｓ的反散射光子能量為０.１８４ＭｅＶ）。Ｄ峰為１３７Ｃｓ的β衰變體１３７Ｂａ的０.６６２ＭｅＶ激發態在放出內轉換電子後造成Ｋ層電子空位，外層電子躍遷至Ｋ層產生Ｘ射線所致。
