Формула Планка. Світлові кванти

                                                                       Підготувала                                                                       вчитель математики                                                                      Андріївського ліцею №1

                                                                     Донецької селищної ради

                                                                     Харківської області                  

                                                                     Кривонос Любов Петрівна

Мета уроку:

Навчальна: формувати знання учнів про історію виникнення квантової теорії, формулу Планка, фотони як кванти світла з певними властивостями; формувати навички та вміння визначати масу, енергію та імпульс фотона, розв’язувати фізичні задачі, застосовуючи отримані знання.

Розвивальна: розвивати пізнавальні навички учнів; вміння аналізувати навчальний матеріал, умову задачі, хід розв’язання задач; вміння стисло і грамотно висловлювати свої міркування та обґрунтовувати їхню правильність.

Виховна: виховувати уважність, зібраність, спостережливість.

Доброго дня, діти, шановні колеги.

Я рада всіх вас бачити на нашому уроці, тема якого

“Формула Планка. Світлові кванти”. 

Записуємо тему в зошиті.

Перед вами портрет видатного німецького фізика Макса Планка.

Видатний німецький фізик - теоретик, основоположник квантової фізики.

Лауреат Нобелівської премії з фізики (1918 р.).

Планк отримав закон розподілу енергії в спектрі абсолютно чорного тіла й обґрунтував цей закон, ввівши уявлення про кванти енергії.

Повторимо:

Які властивості світла ми з вами вивчали на минулих уроках ?

Яка теорія світла пояснює ці властивості?

Назвіть автора цієї теорії.

Що являє собою світло згідно цієї теорії?

Які ще теорії світла вам відомі ?

Згідно цієї теорії світло – це….

Кому із вчених належить це твердження ?

«...Ми знаємо, що світло – це хвильовий рух.

 Сумніватися в цих фактах більше неможливо, спростовувати ці погляди незбагненно для фізика...» – писав у 1889 р. Г. Герц.

Наприкінці XIX ст. фізики не мали сумнівів у тому, що світло – це хвиля.

Абсолютно чорне тіло – це фізична модель тіла, яке повністю поглинає будь-яке випромінювання, що падає на нього (абсолютно чорне тіло може випромінювати світло, але не відбиває світло).

Сонце

Сажа

До випромінювання абсолютно чорного тіла близьке випромінювання багаття, нитки розжарення лампи, випромінювання більшості зір.

 Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла залежить лише від його температури.  Розподіл енергії випромінювання залежно від довжини хвилі має вигляд низки кривих. Але всі спроби вчених одержати універсальну формулу цієї залежності зазнавали поразки.

М. Планк припустив, що

 енергія випромінювання випускається не безперервно, а порціями – квантами.

Енергія  кожної порції прямо пропорційна частоті випромінювання.  

 На основі цієї гіпотези він вивів закон теплового випромінювання (закон Планка) та увів (1900) фундаментальну фізичну сталу –

 

сталу Планка  h = 6,626∙10^–34 Дж с

 без якої неможливий опис властивостей  квантових систем.

Альберт Ейнштейн дійшов висновку:

 монохроматичне випромінювання поводиться так, начебто складається з незалежних один від одного квантів енергії.

Ейнштейн припустив, що електромагнітне випромінювання складається з частинок.

Згодом частинки світла (кванти світла) стали називати фотонами.

Фізичний зміст: стала Планка – це коефіцієнт пропорційності між енергією кванта та частотою електромагнітної хвилі. Це елементарний квант дії.

h h 2

h 1,0541034 Джс

Властивості фотонів

1.    Заряд фотона дорівнює нулю: – фотон є електрично нейтральною частинкою.

2.    Маса фотона дорівнює нулю: – фотон є безмасовою частинкою. Ця властивість стосується тільки окремого фотона, а світло в цілому має масу.

3.    Швидкість руху фотона не залежить від вибору системи відліку, завжди дорівнює швидкості поширення світла у вакуумі..

E hc 

Eh

Фотони

 c  

Фотони випромінюються під час: переходів частинок речовини зі збудженого стану в стан з меншою енергією; прискорення

заряджених частинок; розпаду деяких частинок; анігіляції

Фотон є безмасовою частинкою, проте світло в цілому (як потік фотонів) має масу.

 Так, для системи двох фотонів, які мають однакову енергію (Е = hv) і летять під кутом θ один до одного, маса системи визначається

співвідношенням

Задача 1. Споживана потужність електричної лампи розжарювання — 100 Вт. Скільки фотонів щосекунди випромінює нитка розжарення лампи, якщо на випромінювання світла витрачається 4,4 % електричної енергії? Вважайте, що довжина хвилі випромінювання дорівнює 600 нм.

Задача 2. Довжина хвилі випромінювання дорівнює 10 мкм.

Знайти енергію фотонів даного випромінювання.

Задача 3. Довжина хвилі випромінювання дорівнює 720нм. Знайти імпульс фотонів даного випромінювання.

Задача 4. Імпульс фотона випромінювання дорівнює 3·10^-27 кг·м/с.

Знайти частоту випромінювання.

Задача 5. Енергія фотона дорівнює 1,89 еВ. Знайти довжину світла даного випромінювання.

Задача 2

Задача 3

Задача 4

Задача 5

1еВ=1,6·10^-19 Кл·1В = 1,6·10^-19 Дж     1Дж= 0,625·10¹⁹ еВ h=6,626·10^-34Дж·с=6,626·10^-34·0,625·10¹⁹ =4,135·10^-15 Дж·с

Підсумки уроку:

1.Що таке абсолютно чорне тіло?

2.    Як пов'язані температура тіла, довжина світлової хвилі та енергія, яку випромінює тіло?

3.    У чому полягає гіпотеза М. Планка?

4.    Як розрахувати енергію кванта випромінювання?

5.    Що таке фотон? Які властивості він має?

Домашнє завдання. Повторити § 33, виконати вправу № 33 (2-4).

Ви сьогодні молодці! Дякую за урок!