1. Световые волны. Интерференция и дифракция света.

Работа с дифракционной решёткой. Наблюдение колец Ньютона.

2. Решение задач

1 . Работа с линзами. Графическое изображение хода лучей в линзах.

Задания для самостоятельного выполнения:

1. Изготовление справочных материалов на тему: «Излучения и спектры. Виды излучений. Источники света. Шкала электромагнитных излучений».

2. Подготовка сообщений на тему: «Оптические приборы. Фотоаппарат»

Форма контроля самостоятельной работы:

Заслушивание сообщений.

Вопросы для самоконтроля по теме:

1. Что изучает геометрическая оптика?

2. Расскажите основные законы геометрической оптики.

3. Что такое линза? Виды линз.

4. Что изучает волновая оптика?

5. Объясните явления дифракции, интерференции.

6. Объясните природу света.

Раздел 4. Строение атома и квантовая физика.

Тема 4.1. Световые кванты.

Основные понятия и термины по теме:

Фотоэффект. Фотон. Давление света. Эффект Комптона.

План изучения темы:

1.Фотоэффект.

2. Теория фотоэффекта.

3. Фотоны.

4.Давление света.

5. Эффект Комптона.

6. Химическое действие света.

Краткое изложение теоретических вопросов:

Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым. Фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света.

Уравнение фотоэффекта: .

Основные закономерности фотоэффекта:

1. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности.

2. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, т. е. наименьшая частота ν_min, при которой еще возможен внешний фотоэффект.

3. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.

4. Фотоэффект практически безинерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν > ν_min.

Законы фотоэффекта свидетельствуют, что свет при испускании и поглощении ведет себя подобно потоку частиц, получивших название фотонов или световых квантов.

Энергия фотонов равна 

Фотон движется в вакууме со скоростью c. Фотон не имеет массы, m = 0.

В начале XX века стало ясно, что свет обладает двойственной природой. При распространении света проявляются его волновые свойства (интерференция, дифракция, поляризация), а при взаимодействии с веществом – корпускулярные (фотоэффект). Эта двойственная природа света получила название корпускулярно-волнового дуализма. Позже двойственная природа была открыта у электронов и других элементарных частиц. Классическая физика не может дать наглядной модели сочетания волновых и корпускулярных свойств у микрообъектов. Движением микрообъектов управляют не законы классической механики Ньютона, а законы квантовой механики. Теория излучения абсолютно черного тела, развитая М. Планком, и квантовая теория фотоэлектрического эффекта Эйнштейна лежат в основании этой современной науки. В 1873 г. Дж. Максвелл, исходя из представлений об электромагнитной природе света, пришел к выводу: свет должен оказывать давление на препятствие (благодаря действию силы Лоренца; на рисунке v - направление скорости электронов под действием электрической составляющей электромагнитной волны). Квантовая теория света объясняет световое давление как результат передачи фотонами своего импульса атомам или молекулам вещества. Пусть на поверхность абсолютно черного тела площадью S перпендикулярно к ней ежесекундно падает N фотонов: . Каждый фотон обладает импульсом . Полный импульс, получаемый поверхностью тела, равен . Световое давление:

При падении света на зеркальную поверхность удар фотона считают абсолютно упругим, поэтому изменение импульса и давление в 2 раза больше, чем при падении на черную поверхность (удар неупругий). Это давление оказалось ~4.10-6 Па. Предсказание Дж. Максвеллом существования светового давления было экспериментально подтверждено П. Н.Лебедевым, который в 1900 г. измерил давление света на твердые тела, используя чувствительные крутильные весы. Теория и эксперимент совпали.

Концепция фотонов, предложенная А. Эйнштейном в 1905 г. для объяснения фотоэффекта, в 1922 г. получила экспериментальное подтверждение в опытах американского физика А. Комптона. Комптон исследовал упругое рассеяние коротковолнового рентгеновского излучения на свободных (или слабо связанных с атомами) электронах вещества. Открытый им эффект увеличения длины волны рассеянного излучения, названный впоследствии эффектом Комптона, не укладывается в рамки волновой теории, согласно которой длина волны излучения не должна изменяться при рассеянии. Согласно волновой теории, электрон под действием периодического поля световой волны совершает вынужденные колебания на частоте волны и поэтому излучает рассеянные волны той же частоты.

Химическое действие света проявляется в том, что существует целый ряд химических превращений, происходящих только под действием света. Химические реакции, протекающие под действием света, называют фотохимическими.

Фотохимические реакции могут протекать либо по пути синтеза (образование под действием света из молекул исходных веществ более сложных молекул), либо по пути разложения (образование под действием света простых молекул из более сложных).

Многие фотохимические реакции играют большую роль в природе и технике. Важнейшие фотохимические реакции происходят в зеленых листьях деревьев и травы, в иглах хвои и во многих микроорганизмах. Листья поглощают из воздуха углекислый газ и расщепляют его молекулы на составные части: углерод и кислород. Происходит это, как установил русский биолог К. А. Тимирязев, в молекулах хлорофилла под действием красных лучей солнечного спектра. Пристраивая к углеродной цепочке атомы других элементов, извлекаемых корнями из земли, растения строят молекулы белков, жиров и углеводов — пищу для человека и животных. Все это происходит за счет энергии солнечных лучей. Причем здесь особенно важна не только сама энергия, но и та форма, в которой она поступает. Итак, фотосинтез — это процесс образования углеводов под действием света с выделением кислорода в растениях и некоторых микроорганизмах.

Химическое действие света лежит и в основе фотографии. Чувствительный слой фотопластинки состоит из маленьких кристалликов бромида серебра (AgBr), вкрапленных в желатин. Попадание фотонов в кристаллик приводит к отрыву электронов от отдельных ионов брома. Эти электроны захватываются ионами серебра, и в кристаллике образуется небольшое количество нейтральных атомов серебра.

Лабораторная работа - «не предусмотрено».

Практические занятия: