電子運動速度

電子運動速度一覽比較電子速度問題的研究，對知識的結合與提高，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入互相垂直的勻強電場和勻強磁場中，改變電場強度或離感應強度的大小，使這些帶負電微粒運動方向不變，這時電場力eE恰好等于磁場力eBv,即eE=eBv,從而得出電子運動速度v=E/Bo1894年湯姆遜利用此方法測得陰極射線的速度是光速的1/1500,約2X105米/秒.二、 電子繞核運動速度在原子核式結構的發(fā)現(xiàn)中，提到電子沒有被原子核吸到核上，是因為它以很大的速度繞核運動，這個速度有多大呢？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)電子繞核運動的向心力等于電子與核間的庫侖力，可計算電子繞核的速度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、第三能級上的運動速度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.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方程mv2/2=hu可以計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更大.從而得知，不同的光照射不同的物質，發(fā)生光電效應時電子飛出的最大速度也不同.四、 金屬導體中自由電子熱運動的平均速率因為自由電子可以在金屬晶格間自由地做無規(guī)則熱運動，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)氣體分子運動論，電子熱運動的平均速率v=（（8kT）/（nm））1/2，式中k是玻耳茲常數(shù)，其值為1.38X10-23焦/開，m是電子質量，大小為0.91X10-30千克，T是熱力學溫度，設t=27°C,貝9T=300K,代入以上公式可得v=1.08X105米/秒.五、金屬導體中自由電子的定向移電速率

設銅導線單位體積內的自由電子數(shù)為n,電子定向移動為v,每個電子帶電量為e,導線橫截面積為S.則時間t內通過導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，自由電子在導體中定向移動速率（約10-4米/秒）比自由電子熱運動的平均速率（約10105米/秒）少約"109倍?這說明電流是導體中所有自由電子以很小的速度運動所形成的.這是為什么呢？金屬導體中自由電子定向移動速度雖然很小，但是它是疊加在巨大的電子熱運動速率之上的.正象聲速很小，如將聲音轉換成音頻信號載在高頻電磁波上，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動速率當金屬中有電場時，每個自由電子都將受到電場力的作用，使電子沿著與場強相反的方向相對于晶格做加速的定向運動.這個加速定向運動是疊加在自由電子雜亂的熱運動之上的.對某個電子來說，疊加運動的方向是很難確定的.但對大量自由電子來說，疊加運動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50赫的交流電而言，可推導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間，其數(shù)量級為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動.其電子定向運動的最大速率為：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電視機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)帶電粒子在勻強電場中的運動規(guī)律mv2=eU求出.以黃河47cm彩電為例，其加速電壓按120伏計算，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、 打在對陰極上的電子速度倫琴射線產生時：“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陰極上?”設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動，求其速度用mv2=eU公式顯然是不行的.因為電子質量隨其速度增大而增大，故需用相對論質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情況，證明了B射線是高速運動的電子流。B射線的貫穿本領很強，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？法國物理學家貝克勒耳在1990年研究B粒子時的方法，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，貝克勒耳測算出了B粒子的速率接近光速(c=3X108秒)十、正負電子對撞的速度“我國1989年初投入運行的第一臺高能粒子器-一北京正負電子對撞機，能使電子束流的能量達到28+28億電子伏?”那么正負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、轟擊質子的電子速度為了探索質子的內部結構，使用了200億電子伏的電子去轟擊質子.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，但電子運動的速率永遠不能等于光速，更不能大于光速，只可能接近光速?1901年德國物理學愛考夫曼用鐳放射出的3射線進行實驗時，發(fā)現(xiàn)了電子質量隨速度變化而變化的現(xiàn)象，當電子速度接近光速時其質量急劇增加.1905年愛因斯坦發(fā)表了狹義相對論，他提出：物體的質量