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高考申論題 112年 [輻射安全] 放射物理學

第 一 題

📖 題組:
若一電子的速度為2.4×10^8 m/s,則此電子的:(每小題4分,共12分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

質量約為靜止質量的幾倍?

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看到電子速度接近光速(大於 0.1c),必須立即想到狹義相對論中的質量膨脹效應(Relativistic mass)。利用相對論質量公式,先求出電子速度與光速比值 β,再代入計算勞侖茲因子 γ,即可得出運動質量與靜止質量的倍數關係。

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【解題思路】利用狹義相對論的質量膨脹公式(勞侖茲因子 $\gamma$)進行計算。 【詳解】 已知:

小題 (二)

總能量為多少MeV?

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看到高速電子(速度接近光速)的能量計算,首先必須聯想到狹義相對論效應,絕對不能使用古典力學公式。利用相對論總能量公式 $E = \gamma m_0 c^2$,先計算出速度比 $\beta$ 與羅倫茲因子 $\gamma$,再乘上電子的靜止質量能量 $0.511 \text{ MeV}$ 即可精確求解。

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【解題關鍵】利用狹義相對論總能量公式 $E = \gamma m_0 c^2$ 與羅倫茲因子 $\gamma = \frac{1}{\sqrt{1-\beta^2}}$ 進行計算。 【解答】 已知條件:

小題 (三)

動能為多少MeV?

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當題目給定的電子速度接近光速(v > 0.1c)時,切忌使用古典力學公式(1/2 mv²),必須採用相對論物理模型。解題關鍵是先求出相對速度比 β = v/c 及勞侖茲因子 γ,再代入相對論動能公式 K = (γ - 1)m₀c² 進行求解。

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【解題思路】電子速度達 0.8c,屬相對論範疇,須使用相對論動能公式 K = (γ - 1)m₀c² 進行計算。 【詳解】 已知:

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