Урок физики по теме "Фотоны" для 11 класса

Кванты света - фотоны

Тепловое излучение

Тела излучают электромагнитные волны не только при высокой температуре, но и при любой температуре, отличной от абсолютного нуля.

Такое излучение

называют тепловым .

«Ультрафиолетовая катастрофа»

В конце XIX века считалось твердо установленным, что нагретое твердое тело излучает непрерывные световые волны.

Теоретические расчеты показывали: в этом случае излучательная способность нагретого твердого тела в ультрафиолетовой части его спектра должна была бы беспредельно возрастать.

Это резко противоречило опыту.

Классическая физика не могла объяснить.

К концу прошлого века ученые зашли в тупик перед явлениями, связанными с изучением нагретых твердых тел.

Такое положение было названо «ультрафиолетовой катастрофой».

Причина «ультрафиолетовой катастрофы»

Чтобы избежать «ультрафиолетовой катастрофы», необходимо допустить, что излучению, как и веществу, свойственна дискретность , т.е. электромагнитное поле поглощается и излучается веществом отдельными порциями .

Это предположение выдвинул немецкий физик Макс Планк.

• МАКС ПЛАНК (1858 – 1947)

Единицы измерения энергии

• Энергия измеряется в джоулях (Дж).

2. Энергия измеряется в электрон-вольтах (эВ)

1 эВ = 1,6 × 10 -19 Дж

ОСНОВОПОЛОЖНИКИ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ

ФОТОНЫ

• В современной физике ФОТОН рассматривается как одна из элементарных частиц .

Таблица элементарных частиц уже многие десятки лет начинается с фотона.

• Свойства света, обнаруживаемые при излучении и поглощении, называют корпускулярными.

• Световая частица, называется фотоном или квантом электромагнитного излучения.

Фотон

- порция света;

- квант света;

• материальная, электрически

нейтральная частица;

- квант электромагнитного излучения.

Свойства фотона

• Частица электромагнитного поля
• Движется со скоростью света
• Существует только в движении
• Остановить фотон нельзя: он движется со скоростью света или не существует. Масса покоя = 0
• Заряд =0

ХАРАКТЕРИСТИКИ

1. ЭНЕРГИЯ

E = h · 

т.к .  = c/ 

E = h · c/ 

2

E = m c

ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПОСТОЯННАЯ ПЛАНКА

– 34

h = 6 , 63 · 10 Дж · с

• Смысл постоянной Планка – элементарный квант действия.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

2. МАССА

ХАРАКТЕРИСТИКИ

3. ИМПУЛЬС

• Чем больше частота, тем больше энергия и импульс фотона и тем отчетливее выражены корпускулярные свойства света.

Фотон обладает

• квантовыми и волновыми свойствами,
• они не исключают, а дополняют друг друга.
• В микромире исчезает ограничение между корпускулярными и волновыми свойствами объекта

Корпускулярно-волновой дуализм

1. При распространении света проявляются его волновые свойства.

2. При взаимодействии с веществом (излучении и поглощении) – корпускулярные.

Корпускулярно – волновой дуализм

свет - волна

свет – поток частиц

• интерференция
• дифракция
• поляризация

• фотоэффект (красная граница)
• коротковолновая граница рентгеновских спектров
• эффект Комптона

Нильс Бор – принцип дополнительности: для описания того или иного явления надо использовать или волновую или корпускулярную теорию света, но не ту и другую одновременно.

Формулы, объединяющие волновые и квантовые свойства света

Гипотеза де Бройля

Французский ученый Луи де Бройль в 1923 г. высказал предположение:

• е и другие частицы обладают и волновыми свойствами

- формула де Бройля

Принцип неопределенности Гейзенберга

• Гейзенберг (немецкий ученый) задумался, что если рассмотреть классический случай, то любая частица имеет определенную массу, координату, импульс. Но если частица имеет определенный импульс, то она описывается в виде волны, а волна не имеет локализации. И возникает вопрос: какие законы применять в данном случае?  
• С точки зрения квантовой механики не понятно, что такое траектория движения.

• В 1925 году Гейзенберг сформулировал  принцип неопределенности , согласно которого  чем точнее мы будем измерять скорость, тем менее точно мы определим положение частицы, и наоборот.

Принцип неопределенности Гейзенберга

• Гейзенберг доказал, что неопределенность координаты, умноженная на неопределенность проекции импульса по соответствующей координате, не может быть меньше квантовой постоянной Планка. Такое же соотношение неопределенности справедливо и для неопределенности энергии и неопределенности времени.
• Принцип неопределенности Гейзенберга  –

это основное уравнение квантовой механики.

Домашнее задание

1. § 71.

2. Решить задачи А1-А4, стр. 271