電子運(yùn)動(dòng)速度

電子運(yùn)動(dòng)速度一覽比較電子速度問題的研究，對(duì)知識(shí)的結(jié)合與提高，有很大益處.（下面材料全來自科普或教材，僅供參考。）一、 陰極射線的速度陰極射線是由帶負(fù)電的微粒組成，即陰極射張就是電子流.讓這些電子流垂直進(jìn)入互相垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，改變電場強(qiáng)度或離感應(yīng)強(qiáng)度的大小，使這些帶負(fù)電微粒運(yùn)動(dòng)方向不變，這時(shí)電場力eE恰好等于磁場力eBv,即eE=eBv,從而得出電子運(yùn)動(dòng)速度v=E/Bo1894年湯姆遜利用此方法測(cè)得陰極射線的速度是光速的1/1500,約2X105米/秒.二、 電子繞核運(yùn)動(dòng)速度在原子核式結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)中，提到電子沒有被原子核吸到核上，是因?yàn)樗院艽蟮乃俣壤@核運(yùn)動(dòng)，這個(gè)速度有多大呢？按玻爾理論，氫原子核外電子的可能軌道是rn=n2r1,r1=0.53X10-10米。根據(jù)電子繞核運(yùn)動(dòng)的向心力等于電子與核間的庫侖力，可計(jì)算電子繞核的速度v=((ke2)/(mr1))1/2,代入數(shù)據(jù)得v1=2.2X106A/秒，同理可得電子在第二、第三能級(jí)上的運(yùn)動(dòng)速度v2=1?1X106米/秒；v3=0.73X106米/秒.從以上數(shù)字可知，電子離核越遠(yuǎn)其速度越小.三、 光電子速度在光的照射下從物體發(fā)出電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng).發(fā)射出來的電子叫光電子，光電子的速度有多大呢？由愛因期坦光電效應(yīng)方程mv2/2=hu可以計(jì)算出電子逸出的最大速度，如鎧的逸出功是3.0X10-19焦，用波長是0。5890微米的黃光照射佬，光電效應(yīng)方程與u=c/入聯(lián)立可求出電子從佬表面飛出的最大初速度vm=((2/m)?((ch/X)-W))1/2,代數(shù)字得vm=2?9X105米/秒.如果用波長更短的光照射鎧，電子飛出佬表面的速度還會(huì)更大.從而得知，不同的光照射不同的物質(zhì)，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)電子飛出的最大速度也不同.四、 金屬導(dǎo)體中自由電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率因?yàn)樽杂呻娮涌梢栽诮饘倬Ц耖g自由地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，與容器中的氣體分子很相似，所以這些自由電子也稱為電子氣.根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)論，電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率v=（（8kT）/（nm））1/2，式中k是玻耳茲常數(shù)，其值為1.38X10-23焦/開，m是電子質(zhì)量，大小為0.91X10-30千克，T是熱力學(xué)溫度，設(shè)t=27°C,貝9T=300K,代入以上公式可得v=1.08X105米/秒.五、金屬導(dǎo)體中自由電子的定向移電速率

設(shè)銅導(dǎo)線單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n,電子定向移動(dòng)為v,每個(gè)電子帶電量為e,導(dǎo)線橫截面積為S.則時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的自由電子數(shù)N=nvtS,其總電量Q=Ne=nvtSe?根據(jù)I=Q/t得v=I/neS,代入數(shù)字可得v=7.4X10-5米/秒，即0.74毫米/秒.從以上數(shù)據(jù)可知，自由電子在導(dǎo)體中定向移動(dòng)速率（約10-4米/秒）比自由電子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率（約10105米/秒）少約"109倍?這說明電流是導(dǎo)體中所有自由電子以很小的速度運(yùn)動(dòng)所形成的.這是為什么呢？金屬導(dǎo)體中自由電子定向移動(dòng)速度雖然很小，但是它是疊加在巨大的電子熱運(yùn)動(dòng)速率之上的.正象聲速很小，如將聲音轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)載在高頻電磁波上，其向外傳播的速度等于光速（c=3X108米/秒）?電流的傳導(dǎo)速率（等于電場傳播速率）卻是很大的（等于光速）.六、自由電子在交流電路中的運(yùn)動(dòng)速率當(dāng)金屬中有電場時(shí)，每個(gè)自由電子都將受到電場力的作用，使電子沿著與場強(qiáng)相反的方向相對(duì)于晶格做加速的定向運(yùn)動(dòng).這個(gè)加速定向運(yùn)動(dòng)是疊加在自由電子雜亂的熱運(yùn)動(dòng)之上的.對(duì)某個(gè)電子來說，疊加運(yùn)動(dòng)的方向是很難確定的.但對(duì)大量自由電子來說，疊加運(yùn)動(dòng)的定向平均速度方向是沿著電場的反方向.電場大小變化或電場方向改變，其平均速度大小和方向都變化.對(duì)50赫的交流電而言，可推導(dǎo)出自由電子的定向速度v=-(eEmT/m)sin(t-屮)，t為自由電子晶格碰撞時(shí)間，其數(shù)量級(jí)為10-14秒.所受到的合力F=-2eEmsin(ip/2)cos(u>t-ip/2),即電子所受的力滿足F=-kx?這說明自由電子在交流電路中是做簡諧運(yùn)動(dòng).其電子定向運(yùn)動(dòng)的最大速率為：vm=eemt米/秒，振幅約為10-6米.七、打在電視熒光屏上的電子速度其實(shí)電視機(jī)與示波管的基本原理是相同的，故電子在電視熒光屏上的速度，也可根據(jù)帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律mv2=eU求出.以黃河47cm彩電為例，其加速電壓按120伏計(jì)算，電子打在熒光屏上的速度v=(2eU/m)1/2,代入數(shù)字得v=6.5X106米/秒.八、 打在對(duì)陰極上的電子速度倫琴射線產(chǎn)生時(shí)：“熾熱鵠絲發(fā)出的電子在電場的作用下以很大的速度射到對(duì)陰極上?”設(shè)倫琴射線管陰陽兩極接高壓為10萬伏，則電子在電場力作用下做加速運(yùn)動(dòng)，求其速度用mv2=eU公式顯然是不行的.因?yàn)殡娮淤|(zhì)量隨其速度增大而增大，故需用相對(duì)論質(zhì)量公式代入上式求出，即mv2/(2X(1-v1/2/c1/2)1/2)代入數(shù)字得v=6.5X106米/秒.九、 射線的速度天然放射性元素中，研究0射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況，證明了B射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流。B射線的貫穿本領(lǐng)很強(qiáng)，很容易穿透黑紙，甚至能穿透幾毫米厚的鋁板.那么B射線的速度有多大呢？法國物理學(xué)家貝克勒耳在1990年研究B粒子時(shí)的方法，大體上同湯姆遜在1897年研究陰極射線粒子的過程相同.通過把B射線引入互相垂直的電場和磁場，貝克勒耳測(cè)算出了B粒子的速率接近光速(c=3X108秒)十、正負(fù)電子對(duì)撞的速度“我國1989年初投入運(yùn)行的第一臺(tái)高能粒子器-一北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，能使電子束流的能量達(dá)到28+28億電子伏?”那么正負(fù)電子相撞的速度有多大呢？根據(jù)E=m0v2/(2X(1-v1/2/c1/2)1/2)即可求出V=2.98X108米/秒.可見其速度之大接近光速(光速取3X108米/秒).十一、轟擊質(zhì)子的電子速度為了探索質(zhì)子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使用了200億電子伏的電子去轟擊質(zhì)子.這樣的高能電子是利用回旋加速器得來的.電子的速度同樣可用E=m0v2/(2X(1-v1/2/c1/2)1/2)來計(jì)算,代入數(shù)字得2.999X108米/秒，此速度極接近光速.通過以上討論可知，在各種不同情況電子的速度大小各異，但電子運(yùn)動(dòng)的速率永遠(yuǎn)不能等于光速，更不能大于光速，只可能接近光速?1901年德國物理學(xué)愛考夫曼用鐳放射出的3射線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了電子質(zhì)量隨速度變化而變化的現(xiàn)象，當(dāng)電子速度接近光速時(shí)其質(zhì)量急劇增加.1905年愛因斯坦發(fā)表了狹義相對(duì)論，他提出：物體的質(zhì)量