精品高中物理选修31电场文档.docx

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高中物理选修3-1第一章静电场　

　一、两种电荷　　电荷守恒定律

　　两种电荷

　　我们已经知道，用丝绸摩擦过的玻璃棒，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒，都能吸引轻小物体,它们都带上了电荷．用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电荷．

　　自然界只存在两种电荷，即正电荷和负电荷．同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．电荷的多少叫做电荷量，简称电荷．通常，正电荷的电荷量用正数表示,负电荷的电荷量用负数表示．

两种电荷　　我们知道，物体是由原子组成的，原子是由原子核和核外电子组成的．原子核带正电,电子带负电．在通常的情况下，原子核所带的正电荷和核外电子所带的负电荷在数量上相等，原子呈电中性，由原子组成的物体也呈电中性,对外表现为不带电的状态．可见，任何不带电的物体,实际上其中都有等量的正负电荷．

　　静电感应、电荷守恒定律

　　使物体带电叫做起电．起电的过程实际上是使物体中的正负电荷分开的过程．我们在初中学过摩擦起电,并且分析了摩擦起电的原因．在摩擦起电中,一个物体失去一些电子而带正电，另一个物体得到这些电子而带负电．摩擦起电不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分开，并使电子从一个物体转移到另一个物体．

摩擦起电

　　感应起电我们看到,把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电，这种现象叫做静电感应．利用静电感应使物体带电，叫做感应起电．把带电的球C移近金属导体A和B时，导体上的自由电子被吸引过来,因此导体A和B带上了等量的异种电荷．感应起电也不是创造了电荷,而是使物体中的正负电荷分开，使电荷从物体的一部分转移到另一部分．

　　电荷守恒定律:

大量事实说明，电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分．这个结论叫做电荷守恒定律,是物理学中重要的基本定律之一．

　　元电荷：

　　电子和质子带有等量的异种电荷．电荷量e=1.60×10-19C．实验指出，所有带电体的电荷量或者等于电荷量e，或者是电荷量e的整数倍．因此，电荷量e称为元电荷．

　　电荷量e的数值最早是由美国科学家密立根（1868—1953）用实验测得的．在密立根实验之后，人们又做了许多实验，进一步精确地测定电荷量e．现在测得的元电荷的精确值为

　　通常可取作　　

二、库仑定律

　　库仑定律

　　电荷之间的相互作用力跟什么有关呢？

　　把一个带正电的物体放在A处，然后把挂在丝线上的带正电的小球先后挂在P1、P2、P3等位置处,比较小球在不同位置处所受电力的大小．小球所受电力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来，偏角越大，表示小球受到的电力越大．

　　实验表明,电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小．

　　法国物理学家库仑（1736—1806）用实验研究了电荷间相互作用的电力，于1785年发现了下述规律：

　　真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比,跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上．

　　这个规律叫做库仑定律．电荷间这种相互作用的电力叫做静电力或库仑力．库仑定律中

所说的点电荷，指的是什么呢？

如果带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计，这样的带电体就可以看作点电荷．

　　如果用Q1和Q2表示两个点电荷的电荷量，用r表示它们之间的距离，用F表示它们之间的相互作用力，则库仑定律的公式如下：

　　式中的k是一个常量，叫做静电力常量．在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，简称库，符号是C．在上式中如果各个物理量都用国际制单位，即电荷量的单位用C,力的单位用N，距离的单位用m,则由实验

　　库仑定律是电磁学的基本定律之一．库仑定律给出的虽然是点电荷间的静电力，但是，任一带电体都可以看成是由许多点电荷组成的，所以，如果知道带电体上的电荷分布,根据库仑定律就可以求出带电体间的静电力的大小和方向．

【例题】试比较电子和质子间的静电引力和万有引力．已知电子的质量m1=9.10×10-13kg，质子的质量m2=1.67×10-27kg．电子和质子的电荷量都是1.60×10—19C．

解答

三、电场　电场强度

　　电场

　　电荷间的相互作用是怎样发生的呢？

经过长期的科学研究，人们认识到：

电荷之间的相互作用是通过电场发生的．只要有电荷存在，电荷的周围就存在着电场．电场的基本性质是它对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫做电场力．

　　电荷A和B的相互作用是通过电场发生的：

电荷A对电荷B的作用，实际上是电荷A的电场对电荷B的作用；电荷B对电荷A的作用，实际上是电荷B的电场对电荷A的作用．用图框表示出这种关系．

　　引入场的概念,是对物理学的重要贡献．除了电场,我们在初中还学过磁场．现在人们已经认识到，电场和磁场虽然跟由分子、原子组成的物质不同，但它们是客观存在的一种特殊物质形态．

　　　　电场强度

　　把一个电荷q放在电荷Q产生的电场中，电荷q在电场中的不同点受到的电场力的大小一般是不同的，这表示各点的电场强弱不同．电荷q在距Q较近的A点,受到的电场力大，表示这点的电场强;电荷q在距Q较远的B点，受到的电场力小，表示这点的电场弱．

　　但是，我们不能直接用电场力的大小表示电场的强弱，因为不同的电荷q在电场的同一点所受的电场力F是不同的．实验表明,在电场中的同一点，比值F/q是恒定的；在电场中的不同的点,比值F/q一般是不同的．这个比值由电荷q在电场中的位置所决定,跟电荷q无关，是反映电场性质的物理量．在物理学中，就用比值F/q来表示电场的强弱．

　　放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度,简称场强．用E表示电场强度，则有

（1）

　　电场强度的单位是N/C．如果1C的电荷在电场中的某点受到的电场力是1N，这一点的电场强度就是1N/C．

　　电场强度是矢量．物理学中规定，电场中某点的场强的方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同．按照这个规定,负电荷在电场中某点所受的电场力的方向跟该点的场强的方向相反．

　　点电荷电场的场强电场的叠加

　　由电场强度的定义和库仑定律可以得出点电荷电场的场强的公式．在点电荷Q形成的电场中，在距离Q为r的P点的场强E的大小为

　　如果Q是正电荷,E的方向就是沿着PQ的连线并背离Q；如果Q是负电荷,E的方向就是沿着PQ的连线并指向Q）．

　　如果有几个点电荷同时存在,它们电场就互相叠加，形成合电场．这时某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和．这叫做电场的叠加原理．例如图中P点的场强，等于+Q1在该点产生的场强E1和—Q2该点产生的场强E2的矢量和．这样，知道了点电荷的场强，原则上就可以知道任一带电体的场强，因为任何带电体都可以看作是由许多点电荷组成的．

　　【例题】如图所示，在真空中有两个点电荷Q1=+3。

0×10-8C和Q2=－3。

0×10-8C，它们相距0.1m．求电场中A点的场强。

A点与两个点电荷的距离r相等，r=0。

1m．

解答

电场线

　　我们用电场线来形象地描述电场．在电场中的每一点，场强E都有一定的方向．如果在电场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致,这样的曲线就叫做电场线．

　　电场线的形状可以用实验来模拟．把奎宁的针状结晶或头发屑悬浮在蓖麻油里，加上电场,微屑就按照场强的方向排列起来，显示出电场线的分布情况．应该注意，这个实验只是用来模拟电场线的分布情况,电场线不是电场里实际存在的线，而是形象地描述电场的假想的线．

　　图中分别表示了点电荷的电场线的分布；两个等量的点电荷的电场线的分布和点电荷与带电平板的电场线的分布．从图中可以看出，在离产生电场的电荷越近的地方，电场线越密，电场越强．所以用电场线不仅可以形象地表示场强的方向,而且在同一个电场线分布图上还可以大致表示场强的大小．

　　从彩图中可以看到，带电人体的头发由于静电斥力而竖起散开，其形状大致显示出电场线的分布．

　　在电场的某一区域，如果场强的大小和方向都相同，这个区域的电场叫做匀强电场．匀强电场是最简单、最常见的电场,在实验研究中经常用到它．两块靠近的平行金属板，大小相等,互相正对,分别带有等量的正负电荷，它们之间的电场除边缘附近外就是匀强电场．匀强电场的电场线是距离相等的平行直线．

4、电势能　电势

　　让我们从电场力做功和能量的角度来研究电场的性质．

电势能

　　物体在重力场中具有重力势能．物体在重力场中由一个位置移动到另一个位置,如果重力做正功，则重力势能减小，重力势能转化为其他形式的能量；如果重力做负功，则重力势能增加,其他形式的能量转化为重力势能．重力做功的过程是重力势能和其他形式的能量相互转化的过程，重力做了多少功，就有多少重力势能和其他形式的能量发生相互转化．

　　类似地，电荷在电场中具有电势能．电荷在电场中由一个位置移动到另一个位置，如果电场力做正功，则电势能减小,电势能转化为其他形式的能量；如果电场力做负功,则电势能增加，其他形式的能量转化为电势能．电场力做功的过程是电势能和其他形式的能量相互转化的过程，电场力做了多少功，就有多少电势能和其他形式的能量发生相互转化．　　

　　电势

　　通常说室内吊灯的高度是2m，是选择室内地面作为参考平面,取参考平面的高度为零，把吊灯与室内地面的高度差作为吊灯的高度．类似地．如果在电场中选择某一个参考点,也可以由电势差来定义电场中各点的电势．电势通常用

来表示．

　　电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到参考点（零电势点）时电场力所做的功．例如在图中所示的电场中，取C点为零电势点，1C的正电荷分别由A、B、D三点移动到C点时，电场力所做的功分别是15J、5J、－3J，这三点的电势就分别是

A=15V，

B=5V，

D=－3V．

　　有了电势的概念,就可以用电势的差值表示电势差．A、B两点间的电势差UAB=

A－

B=15V－5V=10V，D、A两点间的电势差UDA=

D－

A=－3V－15V=－18V．

　　电场中某点的电势与零电势点的选取有关，但是两点间的电势差与零电势点的选取无关．这就像高

度差与零高度位置的选取无关一样．

电场中电势的高低可以根据电场线的方向来判断．沿着电场线的方向将单位正电荷由A点移动到B点，电场力做正功，UAB=

A－

B＞0，

A＞

B．可见，沿着电场线的方向，电势越来越低

等势面

　　等势面

　　在地图上常用等高线表示地形的高低，与此相似，在电场中常用等势面表示电势的高低．电场中电势相同的各点构成的面，叫做等势面．

　　在同一等势面上，任何两点间的电势差为零，所以在同一等势面上移动电荷时电场力不做功．由此可知，等势面一定跟电场线垂直,即跟场强的方向垂直．这是因为，假如不垂直,场强就有一个沿着等势面的分量，在等势面上移动电荷时电场力就要做功了．前面说过,沿着电场线的方向，电势越来越低．总起来说，就是：

电场线跟等势面垂直，并且由电势高的等势面指向电势低的等势面．

　　这是几种常见的电场的等势面．每个图中,两个相邻的等势面间的电势差是相等的．

　　该图是不规则形状的带电导体周围的电场线和等势面的分布．处于静电平衡状态的带电导体，内部的场强为零，在任何两点间移动电荷都不做功,所以任何两点间的电势差都为零,整个导体是等势体，导体表面是等势面．

　　地球是个大导体，处于静电平衡状态的地球以及与它相连的导体是等势体．实际中常取地球或与地球相连的导体的电势作参考，认为它们的电势为零．

　　实际中测量电势比测定场强容易，所以常用等势面研究电场．先测绘出等势面的形状和分布，再根据电场线与等势面相互垂直，绘出电场线的分布,就可以知道电场的情况了．设计电子仪器（如示波管、电子显微镜等）中电极的形状、大小和相互位置时，都需要经过实验测绘出等势面的形状和分布，推知电极所产生的电场的情况，以便确定符合实际要求的设计方案．

　　【例题2】在图示的电场中，已知A、B两点间的电势差UAB=－10V．

　　a．电荷q=+4×10—9C由A点移动到B点，电场力所做的功是多少？

电势能是增加还是减少？

　　b．电荷q=－2×10-9C由A点移动到B点，电场力所做的功是多少?

电势能是增加还是减少？

解答

五、电势差

　　设电荷q在电场中由一点A移到另一点B时，电场力所做的功为WAB

．在一般的电场中,由于电场强度E处处不同，电荷q在移动的过程中所受的电场力F=qE也处处不同．但是，电场力F处处与q成正比，因而WAB与q成正比．不论电荷量q是多少，比值WAB/q都相同，是一个与q无关的量．

　　电荷q在电场中由一点A移动到另一点B时,电场力所做的功WAB与电荷量q的比值WAB/q，叫做A、B两点间的电势差．用UAB表示电势差,则有

　　或者

　　可以证明，电场力所做的功WAB跟移动电荷的路径无关．所以，电势差UAB也跟移动电荷的路径无关,只跟A、B的位置有关．电势差UAB跟电荷量q无关，只跟电场中A、B的位置有关，这表示电势差这个物理量反映了电场本身的性质．

　　如果q为单位正电荷，则UAB在数值上等于WAB．可见，电场中A、B两点间的电势差UAB在数值上等于单位正电荷由A点移动到B点时电场力所做的功WAB．

　　在国际单位制中，电势差的单位是伏特，简称伏，符号是V．如果1C的正电荷在电场中由一点移动到另一点,电场力所做的功为1J,这两点间的电势差就是1V．即,1V=1J/C．

　　注意：

电场力所做的功可以是正值或负值,所以两点间的电势差也可以是正值或负值．有时我们只关心两点间电势差的大小,不区分UAB和UBA，这时电势差取正值，都简写成U．电势差也叫电压．在电路中提到两点间的电压,通常就是这样处理的．

　　【例题1】在图中所示的电场中,把点电荷q=+2×10—11C由A点移动到B点，电场力所做的功WAB=4×10-11J．A、B两点间的电势差UAB等于多少？

B、A两点间的电势差UBA等于多少?

分析　　解答

六、电势差与电场强度的关系

　　电场强度是跟电场对电荷的作用力相联系的，电势差是跟电场力移动电荷做功相联系的．正像力和功有联系一样，电场强度和电势差也是有联系的．现在以匀强电场为例研究它们的关系．

　　图示为某一匀强电场的等势面和电场线．设A、B两点间的距离为d，电势差为U，场强为E．把正电荷q由A点移动到B点，

　　在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积．上式可以改写成

　　这个等式表明,在匀强电场中，场强在数值上等于沿场强方向每单位距离上的电势差．

　　由上式可以得到场强的另一个单位——V/m．这个单位与前面讲过的场强的单位N/C是相等的．

七、静电现象的应用

　　静电平衡状态

　　把一个不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的电场中，导体内的自由电子受到电场力的作用,将向着电场的反方向做定向移动（图甲）．这样，在导体的AB面上将出现负电荷,在CD面上将出现正电荷．导体内的自由电子在外电场的作用下重新分布的现象，就是前面讲过的静电感应．

　　导体两面出现的正负电荷在导体内部产生反方向的电场E'，它的电场线用虚线表示（图乙）．这个电场与外电场叠加,使导体内部的电场减弱．但是，只要导体内部的场强不为零，自由电子在电场力的作用下就继续移动,导体两面的正负电荷就继续增加,导体内部的电场就进一步削弱，直到导体内部各点的合场强都等于零时为止．这时，导体内的自由电子不再做定向移动（图丙）．

　　导体中（包括表面）没有电荷的定向移动的状态,叫做静电平衡状态．处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零．

　　处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上．这是因为，假如导体内部某处有电荷，它附近的场强就不可能为零，导体就不能处于静电平衡状态．下面用实验来验证这一点．

　　取两个验电器A和B，在B上装一个几乎封闭的金属圆筒C（叫做法拉第圆筒）来做实验．

　　实验表明，金属壳C的内表面不带电．

　　静电屏蔽

　　使带电的金属球靠近验电器,由于静电感应，验电器的箔片张开，这表示验电器受到了外电场的影响．

如果事先用金属网罩把验电器罩住，验电器的箔片就不张开，即使把验电器和金属网罩用导线连接起来，箔片也不张开．这表示金属网罩能把外电场挡住，使罩内不受外电场的影响．

　　处于静电平衡状态的导体，内部的场强处处为零．把一个实心导体挖空，变成一个导体壳，壳内的场强仍处处为零．这样，导体壳就可以保护它所包围的区域，使这个区域不受外部电场的影响，这种现象叫做静电屏蔽．

静电屏蔽及其应用

　　静电屏蔽在实际中有重要的应用．有的电学仪器和电子设备外面套有金属罩，通讯电缆的外面包一层铅皮,都是用来防止外界电场的干扰，起屏蔽作用的．

八、电容器的电容

　　电容器

　　电容器是电气设备中的一种重要元件,在实际中有广泛的应用．在两个正对的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质,就组成一个最简单的电容器，叫做平行板电容器．这两个金属板叫做电容器的极板．实际上，任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体，都可以看成是一个电容器．

　　把电容器的一个极板与电池组的正极相连,另一个极板与负极相连，两个极板就分别带上了等量的异种电荷．这个过程叫做充电．从灵敏电流计可以观察到短暂的充电电流．充电后,切断与电源的联系，两个极板上都保存有电荷，两极板间有电场存在．充电过程中由电源获得的电能储存在电场中，称为电场能．

　　如果把充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷互相中和,电容器就不再带电．这个过程叫做放电．从灵敏电流计可以观察到短暂的放电电流．放电后，两极板间不再存在电场，电场能转化为其他形式的能量．

　　电容

　　充电后电容器的两极板间有电势差，这个电势差跟电容器所带的电荷量有关．这里说的电容器所带的电荷量，是指每个极板所带电荷量的绝对值．实验表明，电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U成正比，比值Q/U是一个常量．不同的电容器，这个比值一般是不同的．可见，这个比值表征了电容器储存电荷的特性．

　　电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容．用C表示电容．则有

　　电容器的电容在数值上等于使两极板间的电势差为1V时电容器需要带的电荷量．需要的电荷量多，

表示电容器的电容大．这类似于用不同的容器装水，要使容器中的水深都为1cm,横截面积大的容器需要的水多．可见，电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量．

　　在国际单位制中,电容的单位是法拉，简称法，符号是F．如果一个电容器带1C的电量时，两极板间的电势差是1V，这个电容器的电容就是1F．法拉这个单位太大，实际中常用较小的单位：

微法（μF）和皮法（pF）．它们与法拉的关系是:

　　平行板电容器的电容

　　现在我们研究平行板电容器的电容跟哪些因素有关．

　　用静电计测量已充电的平行板电容器两极板间的电势差U．保持极板上的电量Q不变，分别改变两极板的正对面积S和两极板间的距离d．可以看到：

S越大，静电计指出的电势差U越小，表示电容越大；d越小,静电计指出的电势差U越小,表示电容越大.

　　保持Q、d、S都不变，在两极板中间插入电介质，可以看到，静电计指出的电势差U减小．这表示平行板电容器的电容由于插入电介质而增大．电容器极板间充满电介质时电容增大的倍数，叫做电介质的介电常量，用ε来表示．

　　理论和实验表明，平行板电容器的电容C跟介电常量ε成正比，跟正对面积S成正比,跟极板间的距离d成反比．写成公式，有　　

　　式中的k为静电力常量．

　　一般来说，电容器的电容是由两个导体的大小和形状、两个导体的相对位置以及极板间的电介质决定的．

　　常用电容器

　　常用的电容器，从构造上看,可以分为固定电容器和可变电容器两类．

　　固定电容器的电容是固定不变的，常用的有聚苯乙烯电容器和电解电容器．

　　在两层锡箔或铝箔中间夹以聚苯乙烯薄膜，一起卷成圆柱体，就制成了聚苯乙烯电容器．改变锡箔或铝箔的面积，可以制成不同电容的聚苯乙烯电容器．

　　电解电容器是用铝箔作一个极板，用铝箔上很薄的一层氧化膜作电介质，用浸渍过电解液的纸作另一个极板制成的．由于氧化膜很薄，所以电容较大．电解电容器的极性是固定的,使用时极性不能接错．

　　可变电容器由两组铝片组成,它的电容是可以改变的．固定的一组铝片叫定片，可以转动的一组铝片叫动片．转动动片，使两组铝片的正对面积发生变化，电容就随着改变．

　　加在电容器两极上的电压不能超过某一限度．超过这个限度,电介质将被击穿，电容器损坏．这个极限电压称为击穿电压．电容器工作时的电压应低于击穿电压．电容器上一般都标明电容器的电容和额定电压的数值．额定电压是指电容器长期工作时所能承受的电压，比击穿电压要低．

　　电容式传感器

　　电容器的电容C决定于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素．如果某一物理量（如角度θ、位移S、深度h等）的变化能引起上述某个因素的变化,从而引起电容的变化,那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化．作这种用途的电容器称为电容式传感器．

　　图中所示是用来测定角度θ的电容式传感器．当动片与定片之间的角度θ发生变化时,引起极板正对面积S的变化,使电容C发生变化．知道C的变化,就可以知道θ的变化情况．

　　图中所示是测定液面高度h的电容式传感器．在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放入导电液体中，导线芯和导电夜体构成电容器的两个极，导线芯外面的绝缘物质就是电介质．液面高度h发生变化时,引起正对面积发生变化，使电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道h的变化情况．

　　图中所示是测定压力F的电容式传感器．待测压力F作用于可动膜片电极上的时候，膜片发生形变，使极板间距离d发生变化，引起电容C的变化．知道C的变化,就可以知道F的变化情况．

　　图中所示是测定位移X的电容式传感器．随着电介质进入极板间的长度发生变化，电容C发生变化．知道C的变化，就可以知道X的变化情况．

　　实际中有各种各样的传感器，它们都是根据各种物理效应设计而成的．我们在初中学过,导线的电阻决定于导线的横截面积、长度和温度等因素，由此可以制成电阻式传感器，用来测定压力、温度等物理量．

　　传感器是把非电物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成电学量（如电压、电流等）的一种元件．传感器输入的是非电物理量x,输出的是电学量y．将非电物理量转换成电学量之后，测量比较方便，而且能输入电子计算机进行处理．各种传感器是自动控制设备中不可缺少的元件,已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以至家庭生活等多种领域．

九、带电粒子在匀强电场中的运动

　　带电粒子在电场中要受到电场力的作用，产生加速度,速度的大小和方向都会发生变化．在现代科学实验和技术设备中，常常根据这个道理，利用电场来改变或控制带电粒子的运动．这种应用大致可以分成两种情况：

一是利用电场使带电粒子加速,一是利用电场使带电粒子偏转．

　　带电粒子的加速

　　如图所示,在真空中有一对平行金属板，两板间加以电压U．两板间有一个带正电荷量为q的带电粒子，它在电场力的作用下，由静止开始从正极板向负极板运动,到达负极板时的速度有多大？

　　我们知道，两平行金属板间的电场是匀强电场．如果两极板是其他形状，中间的电场不是匀强电场，上式同样适用．

　　【例题1】实验表明,炽热的金属丝可以发射电子．在炽热金属丝和金属板间加以电压U=2500V，从炽热金属丝发射出的电子在真空中被加速后，从金属板的小孔穿出．电子穿出后的速度有多大？