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电子的电荷量为1.6×10-19 C,质量为9.1×10-31 kg,一个电子被电压为106 V的电场加速后,关于该电子的质量和速度,以下说法正确的是(  ) A. 电子的质量不变 B. 电子的质量增

电子的电荷量为1.6×10-19 C,质量为9.1×10-31 kg,一个电子被电压为106 V的电场加速后,关于该电子的质量和速度,以下说法正确的是(  ) A. 电子的质量不变 B. 电子的质量增大 C. 电子的速度可以达到1.9c D. 电子的速度不可能达到c

我们一步步推理。


1. 已知数据

e=1.6×1019Ce = 1.6\times 10^{-19}\,\text{C}m0=9.1×1031kgm_0 = 9.1\times 10^{-31}\,\text{kg}U=106VU = 10^6\,\text{V}

真空中光速 c3×108m/sc \approx 3\times 10^8\,\text{m/s}


2. 加速后电子的动能

电子经过电压 UU 加速,电场做功为

K=eUK = eU

代入数值:

K=(1.6×1019)×(106)=1.6×1013JK = (1.6\times 10^{-19}) \times (10^6) = 1.6\times 10^{-13}\,\text{J}

3. 与静止能量比较

电子的静止能量:

E0=m0c2E_0 = m_0 c^2

先算数值:

E0=(9.1×1031)×(3×108)2E_0 = (9.1\times 10^{-31})\times (3\times 10^8)^2E0=9.1×1031×9×1016=8.19×1014JE_0 = 9.1\times 10^{-31} \times 9\times 10^{16} = 8.19\times 10^{-14}\,\text{J}

动能与静止能量比值:

KE01.6×10138.19×10141.954\frac{K}{E_0} \approx \frac{1.6\times 10^{-13}}{8.19\times 10^{-14}} \approx 1.954

动能是静止能量的约 1.95 倍,总能量:

E=E0+K=E0+1.954E02.954E0E = E_0 + K = E_0 + 1.954\,E_0 \approx 2.954\,E_0

4. 相对论效应是否显著

在相对论中:

E=γm0c2,γ=11v2c2E = \gamma m_0 c^2,\quad \gamma = \frac{1}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}






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