近代物理
電子動能：經典 vs 相對論
400 keV 電子 — 比較物質波 K 與相對論 K_class vs K_rel 曲線；讀數應在 β 上一致。
電子動能：經典 vs 相對論——互動式近代物理模擬。400 keV 電子 — 比較物質波 K 與相對論 K_class vs K_rel 曲線；讀數應在 β 上一致。 免費的瀏覽器物理虛擬實驗室，提供即時 SI 測量與分步引導教學。
相對論動能
400 keV 電子 — 比較物質波 K 與相對論 K_class vs K_rel 曲線；讀數應在 β 上一致。
400 keV 電子的 β 來自相對論運動學。比較物質波面板（高亮）與相對論圖表：德布羅意 λ = h/p 使用相對論動量 p = γmₑv，而 K_class = ½mₑv² 在相同 β 下落後於 K_rel = (γ−1)mₑc²。兩個面板的 β、K、λ 讀數應相互一致。
- 相對論動能 vs 經典動能
- 由 KE 求 β
調查簡介
在打開實驗室之前先規劃好問題
這份簡報反映預先渲染的頁面：探究問題、互相競爭的預測、變數角色、支配定律、設定，以及分析和延伸提示都會以此順序保持可見。
駕駛問題
一個400 keV的電子運動得足夠快，以至於相對論效應變得重要（β ≈ 0.83）。在這一能量下，使用簡單的非相對論德布羅意公式λ = h/√(2mK)是否仍能給出準確的波長？
預測權重
- 是——非相對論公式在電子的任何能量下都依然適用。
- 否——在這個能量下，電子的動量必須用相對論方式計算；非相對論公式會出現明顯誤差。
- 波長計算根本不依賴相對論效應。
可變角色
您設定的內容：
- 動能K (eV)
您測量的內容：
- 德布羅意波長 λ (pm)
調查如何進行
- 開啟 electron-ke-comparison 預設並按下 Reset。此預設的預設動能是 400 keV，β ≈ 0.83。
- 啟用德布羅意波長讀數。
- 設定每次試驗的電子動能（全部在相對論範圍內）並使用相對論動量公式記錄其德布羅意波長。
控制方程
相對論動能 — K = (γ − 1) m₀ c²
相對論性粒子的動能是 K = (γ − 1) m₀c²，其中 γ = 1/√(1 − v²/c²)——即總相對論能量 γm₀c² 減去其靜止能量 m₀c²。與非相對論的 K = ½mv² 不同，當 v 接近 c 時它保持有限且正確，在高速下與經典公式急劇偏離。
可列印的工作表要求學生完成什麼
- 對於一項試驗，透過 pc = √(K(K + 2m_ec²)) （其中 m_ec² ≈ 511 keV，電子的靜止能量）計算相對論動量，然後 λ = hc/(pc) — 仔細轉換單位。與表比較。
- 請解釋為什麼當K遠小於靜止能量mc²時，相對論性動量公式pc = √(K(K + 2mc²))會化簡為熟悉的非相對論公式p = √(2mK)，以及當K接近或大於mc²時，為什麼這個近似會失效。
這在實驗室之外的地方表現出來
- 電子的靜止能量 m_ec² ≈ 511 keV。在 400 keV 動能下，電子的總能量已經比其靜止能量高出約 78%——完全處於相對論狀態。解釋為什麼物理學家有一條經驗法則，一旦動能接近靜止能量的大約 10%，相對論修正就變得很重要。
- 粒子加速器通常能達到遠大於粒子靜止能量的動能（極端相對論情形）。請解釋為什麼在那種極限下pc ≈ K（動量能量與動能幾乎相等），儘管這在日常的非相對論速度下顯然並不成立。
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — A.5 Galilean and special relativity
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- 歡迎學習電子動能對比
- 選擇電子
- 按播放
- 相對論 vs 經典動能
- 打開屬性面板
- 完成了！
打開互動式模擬以構建場景，點擊運行，並透過即時測量和引導式教學進行探索。