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物質(zhì)的衰減系數(shù)測定實驗報告物理072 陳煥 07180217摘要：本文主要介紹了鋼的射線衰減系數(shù)測定的實驗原理，最小二乘法原理以及測定的實驗過程，最后是對得到的數(shù)據(jù)的分析和實驗總結(jié)。關(guān)鍵詞：鋼的射線衰減系數(shù) 最小二乘法原理 實驗過程 數(shù)據(jù)的分析 實驗總結(jié)引言： 核物理學(xué)又稱原子核物理學(xué)，是20世紀新建立的一個物理學(xué)分支。它研究原子核的結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律；射線束的產(chǎn)生、探測和分析技術(shù)；以及同核能、核技術(shù)應(yīng)用有關(guān)的物理問題。它是一門既有深刻理論意義，又有重大實踐意義的學(xué)科。射線由法國科學(xué)家P.V.維拉德發(fā)現(xiàn)，是繼、射線后發(fā)現(xiàn)的第三種原子核射線。射線是因核能級間的躍遷而產(chǎn)生，原子核衰變和核反應(yīng)均可產(chǎn)生射線 。射線具有比X射線還要強的穿透能力。當射線通過物質(zhì)并與原子相互作用時會產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和正負電子對三種效應(yīng)。一、 實驗儀器和材料：CD-5OBGA+型CT教學(xué)實驗儀 鋼質(zhì)臺階形測試件二、 實驗原理根據(jù)射線通過物質(zhì)時的衰減規(guī)律（朗伯比爾定律）：對上式取對數(shù)：如果通過實驗測得射線穿過不同厚度鋼的計數(shù)值，通過最小二乘法可以求得鋼的衰減系數(shù)。射線與物質(zhì)相互作用，可以有許多種方式。當射線的能量不太高時，在所有相互作用方式中，最主要的三種方式包括光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)。因此，在射線的能量不太高時，衰減截面是光電效應(yīng)截面、康普頓效應(yīng)截面和電子對效應(yīng)截面之和。即：射線與物質(zhì)相互作用的衰減系數(shù)：由于，式中A為原子質(zhì)量數(shù)，為阿伏伽德羅常數(shù)。令，稱為質(zhì)量衰減系數(shù)，則射線穿過物質(zhì)的距離d時的強度衰減為：上式可以看出，射線的衰減與物質(zhì)的密度有關(guān)，物質(zhì)的密度越大，射線衰減越快。三、最小二乘法擬合直線 最小二乘法擬合曲線的原理是：若能找到最佳的擬合曲線，那么該擬合曲線與各測量值之偏差的平方和，在所有擬合曲線中應(yīng)最小。 現(xiàn)假設(shè)存在線性關(guān)系，其函數(shù)關(guān)系為：。由實驗測量出一組數(shù)據(jù)，因為測量總會有誤差，所以都有誤差，但的誤差小得多，為了討論簡便，我們認為值是準確的，而所有誤差都只與有關(guān)。 根據(jù)最小乘法原理，有偏差平方和為最小，即： 在上式中，（=0時，）是已經(jīng)測量的量，上式只有一個變量，上式兩邊對k求偏導(dǎo)數(shù)為零，即： 即：k為各物質(zhì)的衰減系數(shù)：=k。三、實驗過程 實驗過程使用的是CD-50BGA+型CT教學(xué)實驗儀，將鋼塊放在掃描臺上，點開軟件，設(shè)置時間為0.4s，并檢驗掃描的部位位于鋼塊從上往下看的三分之一處，然后開始掃描，重復(fù)3次。結(jié)束后導(dǎo)出數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)采集、記錄射線穿過不同厚度鋼的計數(shù)值，用最小二乘法擬合成直線，計算出衰減系數(shù)。四、 實驗數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)見附表。五、 實驗總結(jié)與體會最終得到的=0.0554，掃描的圖像是衰減后的計數(shù)值與鋼的厚度的關(guān)系。做完本次實驗讓我聯(lián)想到上學(xué)期做的射線吸收系數(shù)測定實驗，兩者相比較，最大的區(qū)別在于本次測量針對物質(zhì)，上學(xué)期針對的是射線本身；從實驗儀器上來看，本次實驗使用的是CT教學(xué)實驗儀，射線吸收系數(shù)實驗用的是相對論效應(yīng)實驗儀；從數(shù)據(jù)處理上來看，本次實驗用最小二乘法擬合直線求衰減系數(shù)，誤差