Презентация для 11 класса "Элементы квантовой физики"

Элементы квантовой физики

Кушнир Т.Н.

С. Осиновка

Завершение классической физики

• В конце XIX в. многие ученые считали, что развитие физики завершилось по следующим причинам:
• 1. Больше 200 лет существуют законы механики, теория всемирного тяготения.
• 2. Разработана МКТ.
• 3. Подведен прочный фундамент под термодинамику.
• 4. Завершена максвелловская теория электромагнетизма.
• 5. Открыты фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса момента импульса, массы и электрического заряда).

Физические проблемы начала XX в.

• В конце XIX -- начале XX в. открыты:

X -лучи (рентгеновские лучи, В. Рентген),

явление радиоактивности (А. Беккерель),

Электрон (Дж. Томсон).

Однако классическая физика не сумела объяснить эти явления.

• Теория относительности А. Эйнштейна потребовала коренного пересмотра понятии пространства и времени.
• Специальные опыты подтвердили справедливость гипотезы Дж.Максвелла об электромагнитной природе света. Можно было предположить, что излучение электромагнитных волн нагретыми телами обусловлено колебательным движением электронов. Но это предположение нужно было подтвердить сопоставлением теоретических и экспериментальных данных.
• Законы Максвелла неожиданно «забастовали», когда их попытались применить к проблеме излучения веществом коротких электромагнитных волн. Они проводили к бессмысленному выводу, согласно которому нагретое тело, непрерывно теряя энергию вследствие излучения электромагнитных волн, должно охладиться до абсолютного нуля

Зарождение квантовой физики

Величайшая революция в физике совпала с началом 20 века. Попытки объяснить наблюдаемые на опытах закономерности распределения энергии в спектрах теплового излучения оказались несостоятельными..

• Заслуга в решении возникших проблем принадлежит выдающемуся немецкому физику Максу Планку .

МАКС ПЛАНК

Планк (Planck) Макс (23.IV.1858–4.X.1947)

Немецкий физик. Основоположник квантовой теории. Впервые, вопреки представлениям классической физики, предположил, что энергия излучения испускается не непрерывно, а порциями – квантами, и на основе этой гипотезы вывел закон теплового излучения (закон Планка).

МАКС ПЛАНК

• М. Планк указал путь выхода из трудностей, с которыми столкнулась теория теплового излучения, после чего начала развиваться современная физическая теория, называемая квантовой физикой

• В декабре 2000 года мировая научная общественность отмечала столетний юбилей возникновения новой науки – квантовой физики и открытие новой фундаментальной физической константы – постоянной Планка .

Гипотеза Планка (1900 г.)

• Атомы испускают электромагнитную энергию от дельными порциями — квантами .
• Энергия Е каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения:

h =6,63 . 10 -34 Дж . с — постоянная Планка.

Фотоэффект

Фотоэффектом называется явление вырывания электронов из вещества под действием света

Наблюдение фотоэффекта .

Для обнаружения фотоэффекта можно использовать электрометр с присоединенной к нему цинковой пластинкой. Если она заряжена положительно, то освещение пластины, например электрической дугой, не влияет на быстроту разрядки электрометра. Но если пластину зарядить отрицательно, то световой пучок от дуги разряжает электрометр очень быстро. Это является доказательством того, что свет вырывает электроны с поверхности пластины.

Если же на пути светового пучка поставить стекло или же осветить пластину световым пучком от обычной лампы, то фотоэффект не наблюдается.

Это говорит о том, что фотоэффект вызывает ультрафиолетовый участок спектра.

• Провел (1888-90) цикл работ по изучению внешнего фотоэффекта, открытого в 1887 Г. Герцем.
• Создал первый фотоэлемент, основанный на внешнем фотоэффекте.
• Рассмотрел инерционность фототока и оценил его запаздывание в 0,001 с.
• Открыл прямую пропорциональную зависимость силы фототока от интенсивности падающего тока (первый закон внешнего фотоэффекта).
• Открыл (1889) явление понижения чувствительности фотоэлемента со временем (явление фотоэлектрического утомления).
• Основоположник количественных методов исследования фотоэффекта

Законы фотоэффекта

• Для исследования фотоэффекта была собрана установка, состоящая из стеклянного баллона с двумя электродами. На отрицательно заряженный электрод через кварцевое окошко подавался свет.
• Под действием света электрод испускает электроны, которые при движении в электрическом поле образуют электрический ток.
• Исследуя зависимость силы тока от напряжения между электродами при постоянном световом потоке, изменяя условия освещенности, заменяя материалы фотокатода, А.Г.Столетов установил законы фотоэффекта.

Первый закон:

Число электронов, выбиваемых за 1с из вещества, пропорционально интенсивности света, падающего на это вещество.

Фототок насыщения пропорционален световому потоку, падающему на металл.

Иначе:

Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны.

Второй закон:

Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит от его частоты.

Максимальную кинетическую энергию электронов можно найти, зная задерживающее напряжение U з e=mv 2 /2

Иначе:

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

Домашнее задание

• Пар. 88; стр.241.

Перейдите к эксперименту. Задание на следующем слайде.

Спасибо за работу!

Виртуальный эксперимент

• Установите диск «Открытая физика» - «Квантовая физика» - «фотоэффект».
• Проведите эксперимент.