Обобщающее повторение - Урок 2 - СВЕТОВЫЕ КВАНТЫ - КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Задачи урока: привести в систему представления о корпускулярной теории света; углубить знания о корпускулярно-волновом дуализме; продолжить формирование умения решать задачи.

Ход урока

I. В начале урока выступает ученик с кратким докладом об истории открытия квантовых свойств света (7—8 мин). Далее систематизация изученного в теме материала может быть выполнена по следующему плану:

факты — опыты Столетова;

гипотезы — идея Планка, идея Эйнштейна о квантах;

следствия — объяснение фотоэффекта, давления света и др.;

применение теории — фотоэлементы.

В своём рассказе учитель углубляет представления школьников о корпускулярно-волновом дуализме света. Как соотносятся между собой волновые и квантовые свойства света — основная учебная проблема урока.

С макроскопической точки зрения свет — электромагнитные волны. С микроскопической точки зрения свет — поток фотонов. Особенно отчётливо корпускулярные свойства света проявляются при его излучении слабыми источниками. Мысленно рассмотрим следующий эксперимент. Источник света испускает отдельные фотоны, которые, проходя через отверстие в экране (щели в дифракционной решётке), попадают на фотопластинку (рис. 125). Каждый фотон как частица попадает только в одну точку фотопластинки. За большой промежуток времени на пластинку попадает много фотонов. При этом обнаруживается закономерность: фотоны попадают в одни места на фотопластинке чаще, в другие — реже, а в определённые места не попадают совсем (рис. 126). В итоге образуется дифракционная картина, в целом объясняемая волновой теорией света. Потемнение фотопластинки определяется количеством фотонов, падающих на неё. Макроскопическая картина является результатом усреднения микроскопической картины.

Так как свет проявляет волновые и корпускулярные свойства, говорят о дуализме (двойственности) свойств света.

В тех случаях, когда световые потоки состоят из большого числа фотонов и взаимодействуют с макротелами, резче проявляются волновые свойства. Так, солнечный свет представляет собой “дождь” фотонов порядка 10²¹ фотонов на 1 м² в секунду. Естественно, что при таком огромном числе фотонов квантовая картина взаимодействия фотонов с макроскопическим телом усредняется. Поведение каждого отдельного фотона здесь незаметно.

Проявление квантовых или волновых свойств электромагнитных волн зависит от частоты волны. Так, фотоны радиоволны длиной волны 32 м обладают энергией порядка 10^-26 Дж. Для того чтобы зафиксировать такие фотоны чувствительными приборами, необходимо 10¹⁰—10¹² фотонов. В этом случае, если фотонов очень много и отдельный фотон незаметен, наблюдают электромагнитную волну. Чем больше частота излучения, тем больше энергия отдельного фотона и тем ярче проявляются квантовые свойства излучения: некоторые явления в микромире вызываются отдельными фотонами.

II. Для самостоятельной работы (20—25 мин) предлагаем следующие задания.

Связь волновых и квантовых свойств света Картина дифракции одиночных фотонов

Вариант I

1. Красная граница фотоэффекта для лития 6 ∙ 10¹⁴ Гц. Определите работу выхода и кинетическую энергию выбитых электронов, если на металл падает свет, имеющий частоту 6 ∙ 10¹⁴ Гц.

2. Объясните интерференцию света с точки зрения квантовой теории.

Вариант II

1. Определите массу и энергию фотонов, излучаемых радиопередатчиком, работающим на частоте 200 кГц.

2. Опишите давление света с точки зрения квантовой теории.

III. Домашнее задание: по выбору упр. на с. 278 (6—8, ЕГЭ) или П., № 810.