人教版物理選修3—1中一例題的待商榷之處

人教版普通高中物理選修3-1第一章“靜電場(chǎng)”中關(guān)于“帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)”一節(jié)中的例1，我認(rèn)為此題作為例題在嚴(yán)謹(jǐn)性和示范性上有不妥之處。

原題：熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子。在金屬絲和金屬板之間加以電壓U=2500V，發(fā)射出的電子在真空中加速后，從金屬板小孔穿出。電子穿出時(shí)的速度有多大？設(shè)電子剛剛離開金屬絲的速度為0。

解：電荷量為e的電子從金屬絲移到金屬板，兩處的電勢(shì)差為U，電勢(shì)能的減少量是eU。減少的電勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能，所以

其中課本中已給：電子的質(zhì)量m=0.9×10-30kg和電子的電荷量e=1.6×10-19C可以作為已知數(shù)據(jù)使用（右邊以小體字對(duì)此情況加以說明）。

一、提出問題

1.當(dāng)粒子的速度接近0.1C時(shí)，我們應(yīng)該考慮物體慣性質(zhì)量的改變。

2.在高中物理學(xué)習(xí)中，相對(duì)論的內(nèi)容安排在物理選修3-4中，在學(xué)習(xí)本例題時(shí)很容易讓學(xué)生產(chǎn)生誤解，從而得出結(jié)論：在金屬絲和金屬板之間加以電壓U=250000V時(shí)，發(fā)射出的電子在真空中加速后，從金屬板小孔穿出。電子穿出時(shí)的速度為3×108m/s。甚至得出：在金屬絲和金屬板之間加以電壓U=25000000V時(shí)，發(fā)射出的電子在真空中加速后，從金屬板小孔穿出。電子穿出時(shí)的速度為3×109m/s。

……

二、我的見解

1905年，愛因斯坦在物理學(xué)的三個(gè)領(lǐng)域中做出了劃時(shí)代意義的貢獻(xiàn)，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)有極深遠(yuǎn)的影響。

狹義相對(duì)論的兩個(gè)結(jié)論：

1.相對(duì)論質(zhì)量，揭示了物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在聯(lián)系，指出物體的慣性質(zhì)量不再被認(rèn)為是不可改變的，在高速運(yùn)動(dòng)中，物體的質(zhì)量明顯與運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。

物體以v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量m和它靜止時(shí)的質(zhì)量m0之間有如下關(guān)系：

微觀粒子的運(yùn)動(dòng)速度很高時(shí)，它的質(zhì)量明顯地大于靜止質(zhì)量，這個(gè)現(xiàn)象必須考慮。

比如，加速器是用人工的方法使帶電粒子加速?gòu)亩@得較高能量的裝置。利用加速器可以加速電子、質(zhì)子、氚核、α粒子以及其他一些重離子。我們這里要特別說明回旋加速器。回旋加速器中被加速的粒子，在速度增大后質(zhì)量增大，因此做圓周運(yùn)動(dòng)的周期變大，他的運(yùn)動(dòng)與加在D型盒上的交變電壓不再同步，所以粒子在回旋加速器中的加速是有限的。這一情況限制了用回旋加速器使粒子獲得更高的能量。對(duì)于輕的粒子（如電子等），能量的限制開始得早一些，因?yàn)樗鼈兊哪芰坎惶邥r(shí)就達(dá)到很大的速度。例題中，電子在不十分高電壓的加速下速度就可以接近0.1C。

2.質(zhì)能方程：是相對(duì)論的一個(gè)重要結(jié)論，它揭示了物質(zhì)和能量的等價(jià)性。

E=mc2

它表達(dá)了物體的質(zhì)量和它所具有的能量的關(guān)系，被人們稱為“改變世界的公式”。

物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量E和靜止時(shí)的能量E0之差就是物體的動(dòng)能EK

三、我的意見

作為課本中的例題，應(yīng)該嚴(yán)謹(jǐn)，建議編著者再版時(shí)對(duì)本例題進(jìn)行修訂或在例題右邊以小體字對(duì)此情況加以說明。

參考文獻(xiàn)：

曹曉彬.高中物理奧賽講義[M].浙江大學(xué)出版社，2008.

編輯 楊國(guó)蓉