原子核内核外电子在运动时速度是多少和光速比起来谁更快 - 高中物理原子核式结构

时间:2018-12-06分类:物理

原子核内核外电子在运动时速度是多少和光速比起来谁更快

目前没有哪个有质量的粒子的速度可以比得上光速。

所以,电子的速度一定比光速低。

原子内(不是原子核内!原子核内没有电子)见下面的(二)

为了说明清楚,干脆全都列出以供参考。

一、阴极射线的速度 高中物理第三册(选修本),在《磁场》一章中提到阴极射线是由带负 电的微粒组成,即阴极射张就是电子流.让这些电子流垂直进入互相垂直的 匀强电场和匀强磁场中,改变电场强度或磁感应强度的大小,使这些带负电 微粒运动方向不变,这时电场力eE恰好等于磁场力eBv,即eE=eBv,从而得出 电子运动速度v=E/B。1894年汤姆逊利用此方法测得阴极射线的速度是光速的 1/1500,约2×105米/秒. 二、电子绕核运动速度 高中物理第二册,在原子核式结构的发现中,提到电子没有被原子核吸 到核上,是因为它以很大的速度绕核运动,这个速度有多大呢?按玻尔理论, 氢原子核外电子的可能轨道是rn=n2r1,r1=0.53×10-10米。根据电子绕核运 动的向心力等于电子与核间的库仑力,可计算电子绕核的速度 v=((ke2)/(mr1))1/2 , 代入数据得v1=2.2×106米/秒,同理可得电子在第二、第三能级上的运动速度 v2=1.1×106米/秒;v3=0.73×106米/秒.从以上数字可知,电子离核越运其速 度越小. 三、光电子速度 在光的照射下从物体发出电子的现象叫做光电效应.发射出来的电子叫光 电子,光电子的速度有多大呢?根据高中物理第二册(必修),由爱因期坦光 电效应方程mv2/2=hυ-W,可以计算出电子逸出的最大速度,如铯的逸出功是 3.0×10-19焦,用波长是0。5890微米的黄光照射铯,光电效应方程与υ=c/λ 联立可求出电子从铯表面飞出的最大初速度vm=((2/m)·((ch/λ)-W))1/2,代数 字得vm=2.9×105米/秒.如果用波长更短的光照射铯,电子飞出铯表面的速度还 会更大.从而得知,不同的光照射不同的物质,发生光电效应时电子飞出的最大 速度也不同. 四、金属导体中自由电子热运动的平均速率 因为自由电子可以在金属晶格间自由地做无规则热运动,与容器中的气体分 子很相似,所以这些自由电子也称为电子气.根据气体分子运动论,电子热运动 _ 的平均速率v=((8kT)/(πm))1/2,式中k是玻耳兹常数,其值为1.38×10-23焦/开, m是电子质量,大小为0.91×10-30千克,T是热力学温度,设t=27℃,则T=300K, _ 代入以上公式可得v=1.08×105米/秒. 五、金属导体中自由电子的定向移电速率 _ 设铜导线单位体积内的自由电子数为n,电子定向移动为v,每个电子带电 _ 量为e,导线横截面积为S.则时间t内通过导线横截面的自由电子数N=nvtS, _ _ _ 其总电量Q=Ne=nvtSe.根据I=Q/t得v=I/neS,代入数字可得v=7.4×10-5米/秒, 即0.74毫米/秒. 从以上数据可知,自由电子在导体中定向移动速率(约10-4米/秒)比自由 电子热运动的平均速率(约10105米/秒)少约1/109倍.这说明电流是导体中 所有自由电子以很小的速度运动所形成的.这是为什么呢?金属导体中自由电 子定向移动速度虽然很小,但是它是叠加在巨大的电子热运动速率之上的.正 象声速很小,如将声音转换成音频信号载在高频电磁波上,其向外传播的速度 等于光速(c=3×108米/秒).电流的传导速率(等于电场传播速率)却是很大 的(等于光速). 六、自由电子在交流电路中的运动速率 当金属中有电场时,每个自由电子都将受到电场力的作用,使电子沿着与 场强相反的方向相对于晶格做加速的定向运动.这个加速定向运动是叠加在自 由电子杂乱的热运动之上的.对某个电子来说,叠加运动的方向是很难确定的. 但对大量自由电子来说,叠加运动的定向平均速度方向是沿着电场的反方向. 电场大小变化或电场方向改变,其平均速度大小和方向都变化.对50赫的交流 电而言,可推导出自由电子的定向速度v=-(eεmτ/m)sin(t-ψ),τ为自由电 子晶格碰撞时间,其数量级为10-14秒.所受到的合力 F=-2eεmsin(ψ/2)cos(ωt-ψ/2), 即电子所受的力满足F=-kx.这说明自由电子在交流电路中是做简谐运动.其电 子定向运动的最大速率为: vm=eεmτ/m≈10-4米/秒,振幅约为10-6米. 七、打在电视荧光屏上的电子速度 高中物理第二册《电场》一章中提到示波管知识,其实电视机与示波管的 基本原理是相同的,故电子在电视荧光屏上的速度,也可根据带电粒子在匀强 电场中的运动规律mv2=eU求出.以黄河47cm彩电为例,其加速电压按120伏计算, 电子打在荧光屏上的速度v=(2eU/m)1/2,代入数字得v=6.5×106米/秒. 八、打在对阴极上的电子速度 高中物理第二册第236页,在讲授伦琴射线产生时说:“炽热钨丝发出的电 子在电场的作用下以很大的速度射到对阴极上.”设伦琴射线管阴阳两极接高压 为10万伏,则电子在电场力作用下做加速运动,求其速度用mv2=eU公式显然是不 行的.因为电子质量随其速度增大而增大,故需用相对论质量公式代入上式求出, 即 mv2/(2×(1-v1/2/c1/2)1/2) . 代入数字得v=6.5×106米/秒. 九、射线的速度 高中物理第二册天然放射性元素一节中说到,研究β射线在电场和磁场中 的偏转情况,证明了β射线是高速运动的电子流。β射线的贯穿本领很强,很 容易穿透黑纸,甚至能穿透几毫米厚的铝板.那么β射线的速度有多大呢?法 国物理学家贝克勒耳在1990年研究β粒子时的方法,大体上同汤姆逊在1897年 研究阴极射线粒子的过程相同.通过把β射线引入互相垂直的电场和磁场,贝 克勒耳测算出了β粒子的速率接近光速(c=3×108米/秒) 十、正负电子对撞的速度 高中物理第三册(选修)第239页说到:“我国1989年初投入运行的第一台 高能粒子器---北京正负电子对撞机,能使电子束流的能量达到28+28亿电子伏.” 那么正负电子相撞的速度有多大呢?根据E=m0v2/(2×(1-v1/2/c1/2)1/2)即可求出 V=2.98×108米/秒.可见其速度之大接近光速(光速取3×108米/秒). 十一、轰击质子的电子速度 高中物理第三册P236提到“为了探索质子的内部结构,使用了200亿电子伏 的电子去轰击质子.”这样的高能电子是利用回旋加速器得来的.电子的速度同 样可用 E=m0v2/(2×(1-v1/2/c1/2)1/2) 来计算,代入数字得2.999×108米/秒,此速度极接近光速. 通过以上讨论可知,在各种不同情况电子的速度大小各异,但电子运动的速 率永远不能等于光速,更不能大于光速,只可能接近光速.1901年德国物理学爱 考夫曼用镭放射出的β射线进行实验时,发现了电子质量随速度变化而变化的现 象,当电子速度接近光速时其质量急剧增加.1905年爱因斯坦发表了狭义相对论, 他提出:物体的质量不是固定不变的,它随物体运动速度的增大而增大.当物体 运动速度 (c为光速)时,其运动质量为静止质量的1.7倍,当物体运动速度 v=0.8c时,其运动质量为静止质量的3.1倍.28亿电子伏的电子其运动质量是静止 质量的8.77倍.200亿电子伏的电子其运动质量是静止质量的1224倍.

参考资料:http://www.zb.edu.sh.cn/wuli-kg/wu1/aaa/07/01/J0700000406.htm

加速电子能达到光速吗

理论不上可以 只能接近光速

论电子运动速度

李敏贤 统观现行高中物理教材,你会发现每部分知识都涉及电子运动速度问题. 抓住电子速度问题的研究,对知识的结合与提高,对学生能力的训练与培养 都有很大益处. 一、阴极射线的速度 高中物理第三册(选修本),在《磁场》一章中提到阴极射线是由带负 电的微粒组成,即阴极射张就是电子流.让这些电子流垂直进入互相垂直的 匀强电场和匀强磁场中,改变电场强度或磁感应强度的大小,使这些带负电 微粒运动方向不变,这时电场力eE恰好等于磁场力eBv,即eE=eBv,从而得出 电子运动速度v=E/B。1894年汤姆逊利用此方法测得阴极射线的速度是光速的 1/1500,约2×105米/秒. 二、电子绕核运动速度 高中物理第二册,在原子核式结构的发现中,提到电子没有被原子核吸 到核上,是因为它以很大的速度绕核运动,这个速度有多大呢?按玻尔理论, 氢原子核外电子的可能轨道是rn=n2r1,r1=0.53×10-10米。根据电子绕核运 动的向心力等于电子与核间的库仑力,可计算电子绕核的速度 v=((ke2)/(mr1))1/2 , 代入数据得v1=2.2×106米/秒,同理可得电子在第二、第三能级上的运动速度 v2=1.1×106米/秒;v3=0.73×106米/秒.从以上数字可知,电子离核越运其速 度越小. 三、光电子速度 在光的照射下从物体发出电子的现象叫做光电效应.发射出来的电子叫光 电子,光电子的速度有多大呢?根据高中物理第二册(必修),由爱因期坦光 电效应方程mv2/2=hυ-W,可以计算出电子逸出的最大速度,如铯的逸出功是 3.0×10-19焦,用波长是0。5890微米的黄光照射铯,光电效应方程与υ=c/λ 联立可求出电子从铯表面飞出的最大初速度vm=((2/m)·((ch/λ)-W))1/2,代数 字得vm=2.9×105米/秒.如果用波长更短的光照射铯,电子飞出铯表面的速度还 会更大.从而得知,不同的光照射不同的物质,发生光电效应时电子飞出的最大 速度也不同. 四、金属导体中自由电子热运动的平均速率 因为自由电子可以在金属晶格间自由地做无规则热运动,与容器中的气体分 子很相似,所以这些自由电子也称为电子气.根据气体分子运动论,电子热运动 _ 的平均速率v=((8kT)/(πm))1/2,式中k是玻耳兹常数,其值为1.38×10-23焦/开, m是电子质量,大小为0.91×10-30千克,T是热力学温度,设t=27℃,则T=300K, _ 代入以上公式可得v=1.08×105米/秒. 五、金属导体中自由电子的定向移电速率 _ 设铜导线单位体积内的自由电子数为n,电子定向移动为v,每个电子带电 _ 量为e,导线横截面积为S.则时间t内通过导线横截面的自由电子数N=nvtS, _ _ _ 其总电量Q=Ne=nvtSe.根据I=Q/t得v=I/neS,代入数字可得v=7.4×10-5米/秒, 即0.74毫米/秒. 从以上数据可知,自由电子在导体中定向移动速率(约10-4米/秒)比自由 电子热运动的平均速率(约10105米/秒)少约1/109倍.这说明电流是导体中 所有自由电子以很小的速度运动所形成的.这是为什么呢?金属导体中自由电 子定向移动速度虽然很小,但是它是叠加在巨大的电子热运动速率之上的.正 象声速很小,如将声音转换成音频信号载在高频电磁波上,其向外传播的速度 等于光速(c=3×108米/秒).电流的传导速率(等于电场传播速率)却是很大 的(等于光速). 六、自由电子在交流电路中的运动速率 当金属中有电场时,每个自由电子都将受到电场力的作用,使电子沿着与 场强相反的方向相对于晶格做加速的定向运动.这个加速定向运动是叠加在自 由电子杂乱的热运动之上的.对某个电子来说,叠加运动的方向是很难确定的. 但对大量自由电子来说,叠加运动的定向平均速度方向是沿着电场的反方向. 电场大小变化或电场方向改变,其平均速度大小和方向都变化.对50赫的交流 电而言,可推导出自由电子的定向速度v=-(eεmτ/m)sin(t-ψ),τ为自由电 子晶格碰撞时间,其数量级为10-14秒.所受到的合力 F=-2eεmsin(ψ/2)cos(ωt-ψ/2), 即电子所受的力满足F=-kx.这说明自由电子在交流电路中是做简谐运动.其电 子定向运动的最大速率为: vm=eεmτ/m≈10-4米/秒,振幅约为10-6米. 七、打在电视荧光屏上的电子速度 高中物理第二册《电场》一章中提到示波管知识,其实电视机与示波管的 基本原理是相同的,故电子在电视荧光屏上的速度,也可根据带电粒子在匀强 电场中的运动规律mv2=eU求出.以黄河47cm彩电为例,其加速电压按120伏计算, 电子打在荧光屏上的速度v=(2eU/m)1/2,代入数字得v=6.5×106米/秒. 八、打在对阴极上的电子速度 高中物理第二册第236页,在讲授伦琴射线产生时说:“炽热钨丝发出的电 子在电场的作用下以很大的速度射到对阴极上.”设伦琴射线管阴阳两极接高压 为10万伏,则电子在电场力作用下做加速运动,求其速度用mv2=eU公式显然是不 行的.因为电子质量随其速度增大而增大,故需用相对论质量公式代入上式求出, 即 mv2/(2×(1-v1/2/c1/2)1/2) . 代入数字得v=6.5×106米/秒. 九、射线的速度 高中物理第二册天然放射性元素一节中说到,研究β射线在电场和磁场中 的偏转情况,证明了β射线是高速运动的电子流。β射线的贯穿本领很强,很 容易穿透黑纸,甚至能穿透几毫米厚的铝板.那么β射线的速度有多大呢?法 国物理学家贝克勒耳在1990年研究β粒子时的方法,大体上同汤姆逊在1897年 研究阴极射线粒子的过程相同.通过把β射线引入互相垂直的电场和磁场,贝 克勒耳测算出了β粒子的速率接近光速(c=3×108米/秒) 十、正负电子对撞的速度 高中物理第三册(选修)第239页说到:“我国1989年初投入运行的第一台 高能粒子器---北京正负电子对撞机,能使电子束流的能量达到28+28亿电子伏.” 那么正负电子相撞的速度有多大呢?根据E=m0v2/(2×(1-v1/2/c1/2)1/2)即可求出 V=2.98×108米/秒.可见其速度之大接近光速(光速取3×108米/秒). 十一、轰击质子的电子速度 高中物理第三册P236提到“为了探索质子的内部结构,使用了200亿电子伏 的电子去轰击质子.”这样的高能电子是利用回旋加速器得来的.电子的速度同 样可用 E=m0v2/(2×(1-v1/2/c1/2)1/2) 来计算,代入数字得2.999×108米/秒,此速度极接近光速. 通过以上讨论可知,在各种不同情况电子的速度大小各异,但电子运动的速 率永远不能等于光速,更不能大于光速,只可能接近光速.1901年德国物理学爱 考夫曼用镭放射出的β射线进行实验时,发现了电子质量随速度变化而变化的现 象,当电子速度接近光速时其质量急剧增加.1905年爱因斯坦发表了狭义相对论, 他提出:物体的质量不是固定不变的,它随物体运动速度的增大而增大.当物体 运动速度 (c为光速)时,其运动质量为静止质量的1.7倍,当物体运动速度 v=0.8c时,其运动质量为静止质量的3.1倍.28亿电子伏的电子其运动质量是静止 质量的8.77倍.200亿电子伏的电子其运动质量是静止质量的1224倍.

高中物理讲关于卢瑟福的什么知识大概是在高二还是高三

应该是高二,选修课本里面的。利用α粒子散射实验,提出原子核式结构模型。还有元素半衰期,发现质子

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