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输入计算

数学公式

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结果

电子速度
5,930,970
米每秒(m/s)
光速占比(v/c) 0.019784

电子速度计算器是什么?

这款计算器用于求解电子从静止状态出发,被电势差(电压)加速后的运动速度。它是物理课程中的经典内容,也广泛应用于阴极射线管、电子显微镜和粒子加速器等领域。计算结果同时以米/秒和光速的百分比两种形式给出,直观易懂。

如何使用

输入加速电压(单位:伏特),即可读取电子的最终速度。举例来说,100 V 的电压可让电子达到约 593 万 m/s 的速度——略低于光速的 2%。

公式详解

携带电荷 \(q\) 的电子,所获得的动能等于电场对它所做的功:\(qV = \tfrac{1}{2}mv^2\)。对 \(v\) 求解可得 $$v = \sqrt{\dfrac{2qV}{m}}$$其中 \(q = 1.602 \times 10^{-19}\ \text{C}\) 为基本电荷,\(m = 9.109 \times 10^{-31}\ \text{kg}\) 为电子静止质量。这是非相对论形式的公式,当 \(v\) 远低于光速时(大致在加速能量低于几 keV 的范围内)保持准确。

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电子在两块带电极板间加速,跨越电压间隙时不断提速
电子经电势差 \(V\) 加速后获得动能,并以速度 \(v\) 射出。

计算实例

当 \(V = 100\ \text{V}\) 时:$$v = \sqrt{2 \times 1.602\times10^{-19} \times 100 \div 9.109\times10^{-31}} = \sqrt{3.518\times10^{13}} \approx 5{,}930{,}000\ \text{m/s}$$约合 \(0.0198c\)。

能量平衡图,展示电功 qV 转化为动能二分之一 m v 平方
电功 \(qV\) 等于电子的动能 \(\tfrac{1}{2}mv^2\),整理后即得速度公式。

常见问题

这个公式考虑相对论效应吗? 不考虑——它采用的是经典动能公式。在很高的电压下(几十 kV 及以上),相对论修正变得不可忽略,此时计算结果会略微高估电子的实际速度。

如果输入 0 伏会怎样? 电子始终保持静止状态,因此速度为 0 m/s。

这个公式适用于质子或离子吗? 公式形式完全相同,只需将电子的电荷和质量替换为质子或离子对应的数值即可。

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