Световые кванты

Ключевые слова конспекта «Световые кванты»: Квантовая гипотеза Планка. Фотон. Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Давление света. Корпускулярно-волновой дуализм.
Раздел ЕГЭ по физике: 5.1. Корпускулярно-волновой дуализм

Квантовая гипотеза Планка. Фотон

Квантовая гипотеза Планка: излучение электромагнитных волн атомами и молекулами вещества происходит не непрерывно, а дискретно, т. е. отдельными порциями – квантами. Энергия кванта прямо пропорциональна частоте излучения:

Е = hv,

где h = 6,62 • 10^–34 (Дж • с) – постоянная Планка.

Фотон – это квант света, представляющий из себя электрически нейтральную частицу, которая не имеет массы покоя, а существует только при движении ее со скоростью света в вакууме с = 3 • 10⁸ м/с.

Энергия и импульс фотона выражаются через волновые физические характеристики – частоту и длину волны:

Е_Ф = hV,

р_Ф = (h • v) / c = h / λ

Для фотона как для релятивистской частицы выполняется закон взаимосвязи массы и энергии:

Е = m • с²

Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта

Фотоэффект – это явление взаимодействия света с веществом в результате, которого происходит вырывание фотоэлектронов. При внешнем фотоэффекте фотоэлектроны покидают поверхность тела. При внутреннем фотоэффекте фотоэлектроны остаются внутри вещества.

Работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для выхода электрона из металла. Работа выхода зависит только от рода материала и определяется по таблице.

Законы внешнего фотоэффекта:

• Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света, падающего на вещество.
• Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличивается при увеличении частоты падающего на вещество излучения и не зависит от интенсивности света.
• Для каждого вещества существует максимальная длина электромагнитной волны λ_max (красная граница фотоэффекта), за которой начинается фотоэффект. Облучение вещества световыми волнами большей длины фотоэффект не вызывают.

Данные законы были установлены опытным путем, их невозможно объяснить с помощью волновой теории света. Явление фотоэффекта и его законы были объяснены А. Эйнштейном с помощью квантовой теории света.

Каждый фотон взаимодействует только с одним электроном.

Закон сохранения энергии называют уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:

Энергия фотона идет на совершение работы выхода и на сообщение выбитому фотоэлектрону кинетической энергии.

Давление света

Давление света – это давление, которое создает электромагнитная волна, падая на поверхность тела.

Давление света на зеркальную поверхность в два раза больше, чем на черную (поглощающую) поверхность.

Изменение импульса фотона при отражении от зеркальной поверхности Δр = 2р₀. Изменение импульса фотона при поглощении есть Δр = –р₀.

Если коэффициент отражения энергии препятствием равен R, а число падающих фотонов на единицу поверхности препятствия, при интенсивности света I равно:

N = I / (h • v)

то из них N • R фотонов отразится, a N •  (1 – R) – поглотится поверхностью препятствия.

Полное давление света на поверхность препятствия равно:

Корпускулярно-волновой дуализм

Корпускулярно-волновой дуализм – это проявление в поведении одного и того же объекта как корпускулярных, так и волновых свойств.

Свет обладает одновременно как волновыми свойствами (интерференция, дифракция, поляризация) так и корпускулярными свойствами (давление света, фотоэффект), т. е. ведет себя как корпускула (частица).

Сами по себе волновая и корпускулярная модели света являются односторонними, имеющими ограничения. В совокупности они позволяют подойти к более полному описанию реального мира.

Решение задач по Квантовой физике

Конспект урока по физике в 10-11 классах «Световые кванты». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
• Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
• Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике