Фотоны - Световые кванты - Квантовая физика

Цель: сформировать у учащихся представление о фотоне.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Лабораторная работа (фронтальный эксперимент)

Задание: Исследуйте и объясните явления, возникающие в электрической цепи (рис. 95) при освещении неоновой лампочки лампой накаливания.

R = 3 · 10⁸ м/с; C₁ = 1 мкФ; C₂ = 0,5 мкФ.

Неоновые лампы имеют цезиевый катод. За счет этого лампочка оказывается чувствительной к белому свету и ультрафиолетовому излучению. Перед опытом подают напряжение, несколько меньшее напряжения зажигания неоновой лампочки. При освещении катода кванты света выбивают с его поверхности электроны, что вызывает усиление тока и зажигание лампочки. При этом сопротивление резко падает, и батарея конденсаторов разряжается через лампочку и громкоговоритель, вызывая щелчок. Меняя расстояние от лампочки до осветителя, замечаем изменение частоты следования щелчков.

III. Изучение нового материала

Фотон - материальная, электрически нейтральная частица. Энергия фотона:

Согласно теории относительности:

Отсюда где m - масса фотона, эквивалентная энергии.

Импульс

Импульс фотона направлен по световому пучку.

Основные свойства фотона:

1. Является частицей электромагнитного поля.

2. Движется со скоростью света.

3. Существует только в движении.

4. Остановить фотон нельзя: он либо движется со скоростью v = с, либо не существует. Следовательно, масса покоя фотона равна нулю.

Таким образом, многие физики в начале XX в. пришли к выводу, что свет обладает двумя свойствами:

1) При распространении он проявляет волновые свойства.

2) При взаимодействии с веществом проявляет корпускулярные свойства. Его свойства не сводятся ни к волнам, ни к частицам. Подтверждает закон диалектики: количество переходит в качество. Чем больше ц тем ярче выражены квантовые свойства света и менее - волновые.

IV. Закрепление изученного материала

- Что представляет собой фотон?

- Перечислите основные свойства фотона?

- Напишите формулу энергии фотона, зная частоту колебаний света, либо используя длину волны.

- Как определить массу и импульс фотона?

- Как направлен импульс фотона?

V. Решение задач

Задача № 1

Определите энергию, массу и импульс фотона видимого света с длиной волны λ = 500 нм.

Импульс фотона:

(Ответ: )

Задача № 2

Определите длину волны фотона, импульс которого равен импульсу электрона, пролетевшего ускоряющую разность потенциалов 4,9 В.

Задача № 3

Сколько фотонов попадает за 1 с в глаза человека, если глаз воспринимает свет с длиной волны 0,5 мкм при мощности светового потока 2 · 10^-17 Вт?

Решение:

Полная энергия фотона, попавшего в глаз, равна W = P · t.

Энергия одного фотона:

(Ответ: N = 50.)

VI. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 90.

Р - 1117; Р - 1119.