物理电子学精品课件-第1章 带电粒子在真空中的运动（1.1电子的基本性质）.pptVIP

前言 一、物理电子学的研究对象 ●电子的产生 电子发射问题：热发射，场发射，光电子发射，次级电子发射…… ●电子的运动 电子在真空中的运动，电子在气体中的运动，电子在固体中的运动…… ●电子与物质的相互作用 各种粒子的发射…… * 二、物理电子学的内容及其学习方法 1、内容 第一章：带电粒子在真空中的运动 第二章：电子与离子发射 第三章：气体放电和等离子体 第四章：电子、离子、电磁辐射与固体表面的相互作用 2、学习方法 物理概念 数学方法 图表曲线 * 三、物理电子学课程的应用背景 1、真空电子器件：电子管…… * 微波炉用磁控管 收音机里的电子管 2、显示器件：CRT，PDP，FED，SED … * CRT（Cathode Ray Tube）显示器 PDP(Plasma Display Panel）显示器 FED（Field Emission Display）显示器 SED（Surface-conduction Electron-emitter Display）显示器 3、光电子器件：气体激光器 4、电光源：日光灯，钠灯，超高压汞灯…… * 氦氖激光器 用于公路照明的高压钠灯 投影仪中的超高压汞灯 5、真空技术：离子泵，电离规，太空模拟…… * 溅射离子泵 电离真空计 6、材料科学：离子注入，表面改性…… 7、表面科学：各种表面分析技术…… * 离子注入 俄歇电子能谱仪 8、农业：真空冷冻干燥，保鲜技术，消毒灭菌…… 9、环保：静电除尘，净化水…… * 真空冷冻干燥 空气净化 10、电力：高电压开关 11、真空冶金：高纯度….. 13、航天：微波技术…… * 12、原子能：高能粒子加速器…… 真空开关管 1.1电子的基本性质 1.1.1电子的质量和速度 一、电子的质量 1、 静止质量： 2、运动质量： 根据狭义相对论，电子的质量随其运动速度的增加而增加。 * 第一章 带电粒子在真空中的运动 （1）当电子速度远远小于光速时： （2）电子速度接近光速时： 二、电子在电场中的速度 1、电场较小或加速电压U 较低时，可以忽略相对论效应。 * 2、电场较高或加速电压较高时，相对论效应不可忽视。 电子处于运动时的能量： 电子处于静止时的能量： 根据能量守恒： * 爱因斯坦质能关系式： 电子运动质量： * 加速电压U (V ) λ (?) 1 0.005932 1.0000020 12.26 102 0.05932 1.0001957 1.226 3× 103 0.324 1.00587 0.2237 104 0.5846 1.01957 0.1220 5× 104 1.237 1.0978 0.05355 105 1.644 1.1957 0.0370 5× 105 2.588 1.9785 0.0142 106 2.822 2.957 0.0087 107 2.995 20.57 0.00118 ●表1-1 电子的速度、质量、波长 结论： 对于大多数常用的真空电子器件来说，一般 U＜ 104V，故可以不考虑相对论修正，而对某些特殊的电子器件，如电子显微镜、粒子加速器等，就必须考虑相对论修正。 1.1.2电子的波动性 1、不考虑相对论修正时 * 粒子性 波动性 能量 动量 频率 波长 ●例如：U=150V，λ≈1(埃)。U=104V，λ=0.122（埃）。可见电子的德布罗意波长是很短的，其数量级相当于或略小于晶体中的原子间距。 2、考虑相对论修正 * * 电子波动性发现的实用意义： ●电子显微镜的发明是德布罗意波在应用上的光辉实例之一。 光学显微镜的分辨率与波长成反比，因此用可见光中波长最短的紫光( 波长=4000埃)作光源，能观察到的最小物体也不能小于2000埃。所以光学显微镜的最大分辨间距大于2000埃。 ●而利用电子波代替可见光制成的电子显微镜，则具有高得多的分辨率，且只需改变加速电压就能方便地改变电子波的波长，从而也就改变了显微镜的分辨率。例如，当加速电压加到105V时，电子波的波长只有0.04埃，只有可见光波波长的10万分之一左右。 ●目前已研制出放大率达100万倍、分辨率达1埃左右的电子显微镜，即已能分辨出单个原子，为研究微观世界提供了有力的工具。