
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=1.6×10−19Cm0=9.1×10−31kgU=106V
真空中光速 c≈3×108m/s。
2. 加速后电子的动能
电子经过电压 U 加速,电场做功为
K=eU
代入数值:
K=(1.6×10−19)×(106)=1.6×10−13J
3. 与静止能量比较
电子的静止能量:
E0=m0c2
先算数值:
E0=(9.1×10−31)×(3×108)2E0=9.1×10−31×9×1016=8.19×10−14J
动能与静止能量比值:
E0K≈8.19×10−141.6×10−13≈1.954
动能是静止能量的约 1.95 倍,总能量:
E=E0+K=E0+1.954E0≈2.954E0
4. 相对论效应是否显著
在相对论中:
E=γm0c2,γ=1−c2v2
1
这里:
γ≈2.954
质量会增大为:
m=γm0≈2.954m0
所以 质量增大。
5. 速度计算
由 γ=2.954:
1−c2v2=γ21≈8.7261≈0.1146c2v2≈0.8854v≈0.941c
这个速度小于 c,更远小于 1.9c(超光速不可能)。
6. 判断选项
A. 电子的质量不变 ❌(已增大)
B. 电子的质量增大 ✔
C. 电子的速度可以达到 1.9c ❌(不可能超光速)
D. 电子的速度不可能达到 c ✔(任何有质量粒子速度不能达到 c)
但本题应该是单选题吗?
若从题意看,常见考法会问 正确的说法是,可能多选,则选 B、D。
如果必须只选一个最直接考察“相对论效应明显”的结果,最常选 B(质量增大),因为 A 直接错,C 明显错,D 虽正确但更接近普遍结论,而 B 是这个具体数值问题体现的相对论效应。
参考常见题库,这道题的标准答案应是:
B
(如果单题单选)
若允许多选,则是 B 和 D。