Презентація УРОКУ-10 "Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла. Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла. Фотони"

М. Лук'янова. Шосткинська гімназія

E=hνhν=A+Eкінp=E/c. Квантоваоптика. М. Лук'янова. Шосткинська гімназія

Спектр випромінювання абсолютно чорного тіла. Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла. Фотони. Урок 10 М. Лук'янова. Шосткинська гімназія

Які явища підтверджують хвильову природу світла?Згадай

Властивості ЕМХ: Перенос енергіїВідбивання. Заломлення. Дисперсія. ПоляризаціяІнтерференція. Дифракція. ВИСНОВОК: СВІТЛО Є ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЮ ХВИЛЕЮ?

Кінець ІХХ початок ХХ століття“ На чистому науковому горизонті є лише дві маленькі хмарки ” Д. Томсон Дослід. Майкельсона щодо швидкості світла. Досліди Релея і Джинса щодо випромінювання абсолютно чорного тіла. ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІКВАНТОВА МЕХАНІКА

Абсолютно чорним вважають тіло, яке за будь-якої температури поглинає повністю всю енергію випромінювання, що падає на нього. Це фізична модель. Коли абсолютно чорне тіло випромінює, то його випромінювальна здатність найкраща, у порівнянні з усіма іншими тілами за тієї ж температури. Приклади схожих випромінювань:випромінювання зір, зокрема Сонця, випромінювання лампи розжарення, багаття

Для всіх кривих є максимум (існує довжина хвилі λmax , на якій випромінювання найбільше)З підвищенням температури λmax стає дедалі коротшою (саме тому розжарене тіло з підвищенням температури стає спочатку червоним, потім оранжевим і, нарешті, жовто-білим)Не здатна пояснити наявність максимумів Призводить до висновку, що повна потужність теплового випромінювання будь-якого нагрітого тіла є нескінченною. Експеримент: Класична хвильова теорія:

Лорд Релей. Д. Г. Джинс. Релей і Джинс, виходячи з класичної теорії одержали формулу, яка описувала випромінювання абсолютно чорного тіла. Формула задовільно узгоджувалася з експериментом для великих довжин хвиль і абсолютно не узгоджувалася - для малих. Це протиріччя назвали «ультрафіолетовою катастрофою». Усунути протиріччя вдалося Максу Планку.

Макс Планк (1858-1947) У 1900 р. Планк показав, що узгодження з дослідними даними можна досягти, якщо припустити, що випромінювання відбу-вається не безупинно, а у вигляді окремих порцій. Енергія такої порції – кванта випромінювання, пропорційна частоті випромінювання.

Планку належить ідея квантуванняенергії при їївипромінюванні та поглинанні.стала Планка Макс Планк (1858-1947)

Альберт Ейнштейн (1879-1955)Ейнштейн - фундаторквантової теорії світла.

Основні положення квантової теорії світла:1. Світло випромінюється, поширюється, поглинається неподільними порціями – квантами.2. Енергія кожного кванта світла залежить від частоти світла: Е=hν=ch/λ ν- частота світла; λ – довжина світлової хвилі; h≈6,6·10-34 Дж·с - стала Планка3. Освітленість залежить від густини потоку квантів світла та енергії кожного кванта.4. При взаємодії світла з речовиною кожен квант світла може або повністю поглинатися, або повністю відбиватися.5. Процес поглинання (випромінювання) кванта світла є практично безінерційним.

Досліди(явища), які підтверджують корпускулярну природу світла

Явище фотоефекту* Явище полягає у взаємодії світла з речовиною, що супроводжується випроміню-ванням (емісією) електронів. Ейнштейн довів, що фотоефект відбувається внаслідок погли-нання окремим електроном одного окремого кванта світла, однієї порції неподільної енергії. Це підтверджує те, що світло проявляє властивості частинок – корпускулярні властивості *Явище вивчається далі докладніше

Пояснення досліду Боте F- тонка металева фольга.  1 Л,2 Л – лічильники. R-пучок рентгенівських променів. Фольга сама стає джерелом рентгенівських променів, які вловлюють 1 Л і 2 Л. Якби випромінювана було хвилею, лічильники мали б спрацьовувати одночасно й позначки на рухомій стрічці D розташовувалися б симетрично. Насправді позначки розташовані безладно. Пояснення: з фольги F в окремих актах випромінювання випускаються окремі світлові кванти, що летять у різні боки.

Дослід Лебедєва. У вакуумі на тонкій кварцовій нитці підвішена легка «крильчатка», одне крильце якої є дзеркальним, а інше — чорним. Поглинаючись крильцями або відбиваючись від них, частинки світла створюють різний тиск, тому «крильчатка» обертається. Світло. Світло. Лебедєв П. М.

Дослід Лебедєва. У вакуумі на тонкій кварцовій нитці підвішена легка «крильчатка», одне крильце якої є дзеркальним, а інше — чорним. Поглинаючись крильцями або відбиваючись від них, частинки світла створюють різний тиск, тому «крильчатка» обертається. Лебедєв П. М.

ВИСНОВОК: СВІТЛО Є ПОТОКОМ ЧАСТИНОК?Досліди(явища), які підтверджують корпускулярну природу світла

Для виходу із ситуації, коли одні експерименти доводять, що світло поводить себе як хвиля, а інші  — як потік частинок, було запропоновано принцип доповнюваності: потрібно враховувати й корпускулярні, й хвильові властивості світла — як два складники його природи, що доповнюють один одного. Хвильові й квантові властивості світла не можна протиставляти. Властивості неперервності, характерні для електромагнітного поля світлової хвилі, не виключають властивостей дискретності, характерних для квантів світла — фотонів.

Корпускулярно-хвильовий дуалізм – двоїсті квантово-хвильові властивості світла.

У  видимого світла квантові та хвильові властивості виявляються однаковою мірою. Хвильові властивості світла більше виявляються у процесах його поширення, а корпускулярні — у процесах взаємодії світла з речовиною. Для інших видів випромінювання спостерігається важлива закономірність: на малих частотах більшою мірою виявляються хвильові властивості (наприклад, для радіовипромінювання), а на великих частотах — квантові (наприклад, для рентгенівського випромінювання).

До конспекту учнів. Фотон – частинка світла. ВЛАСТИВОСТІ ФОТОНІВ:1. Заряду не має: 𝑞ф=0 2. Існує лише в русі (його не можна зупинити).3. Швидкість фотона у вакуумі не залежить від обраної системи відліку:    𝑉ф= с = 3·108м/с. 

4. Кожен фотон має енергію: До конспекту учнів

5. Фотон є безмасовою частинкою6. Кожен фотон має імпульс: До конспекту учнів

До конспекту учнів 7. Якщо фотон поглинається речовиною, то зміна його імпульсу становить: 8. Якщо фотон відбивається, то зміна його імпульсу становить:Δ𝑝=0−(−р)=𝑝 Δ𝑝=р−(−р)=2𝑝 style.colorfillcolorfill.type

До конспекту учнів 9. При взаємодії з речовиною імпульс фотона змінюється, отже, він діє на речовину з певною силою. 10. Кожен фотон діє на поверхню з певною силою, отже, світло чинить тиск.

Домашнє завдання. Опрацювати §33 Скласти план-конспект §33