人教版物理选修3-1中一例题的待商榷之处

2016-12-12黄卓曦

新课程(下) 2016年10期

关键词：金属板金属丝加速器

黄卓曦

（湖南省宁乡县第一中学）

人教版物理选修3-1中一例题的待商榷之处

黄卓曦

（湖南省宁乡县第一中学）

人教版普通高中物理选修3-1第一章“静电场”中关于“带电粒子在电场中的运动”一节中的例1，我认为此题作为例题在严谨性和示范性上有不妥之处。

原题：炽热的金属丝可以发射电子。在金属丝和金属板之间加以电压U=2500V，发射出的电子在真空中加速后，从金属板小孔穿出。电子穿出时的速度有多大？设电子刚刚离开金属丝的速度为0。

解：电荷量为e的电子从金属丝移到金属板，两处的电势差为U，电势能的减少量是eU。减少的电势能全部转化为电子的动能，所以

解出速度并把数值代入，得

其中课本中已给：电子的质量m=0.9×10-30kg和电子的电荷量e=1.6×10-19C可以作为已知数据使用（右边以小体字对此情况加以说明）。

一、提出问题

1.当粒子的速度接近0.1C时，我们应该考虑物体惯性质量的改变。

2.在高中物理学习中，相对论的内容安排在物理选修3-4中，在学习本例题时很容易让学生产生误解，从而得出结论：在金属丝和金属板之间加以电压U=250000V时，发射出的电子在真空中加速后，从金属板小孔穿出。电子穿出时的速度为3×108m/s。甚至得出：在金属丝和金属板之间加以电压U=25000000V时，发射出的电子在真空中加速后，从金属板小孔穿出。电子穿出时的速度为3×109m/s。

……

二、我的见解

1905年，爱因斯坦在物理学的三个领域中做出了划时代意义的贡献，对现代物理学有极深远的影响。

狭义相对论的两个结论：

1.相对论质量，揭示了物质和运动的内在联系，指出物体的惯性质量不再被认为是不可改变的，在高速运动中，物体的质量明显与运动速度有关。

物体以v运动时的质量m和它静止时的质量m0之间有如下关系：

微观粒子的运动速度很高时，它的质量明显地大于静止质量，这个现象必须考虑。

比如，加速器是用人工的方法使带电粒子加速从而获得较高能量的装置。利用加速器可以加速电子、质子、氚核、α粒子以及其他一些重离子。我们这里要特别说明回旋加速器。回旋加速器中被加速的粒子，在速度增大后质量增大，因此做圆周运动的周期变大，他的运动与加在D型盒上的交变电压不再同步，所以粒子在回旋加速器中的加速是有限的。这一情况限制了用回旋加速器使粒子获得更高的能量。对于轻的粒子（如电子等），能量的限制开始得早一些，因为它们的能量不太高时就达到很大的速度。例题中，电子在不十分高电压的加速下速度就可以接近0.1C。

2.质能方程：是相对论的一个重要结论，它揭示了物质和能量的等价性。

E=mc2

它表达了物体的质量和它所具有的能量的关系，被人们称为“改变世界的公式”。

物体运动时的能量E和静止时的能量E0之差就是物体的动能EK