18. Дифракция света на щели.

Дифракцию от щели можно наблюдать как при обычном узком пучке света лазера, так и расширенном.

Для демонстрации опыта с расширенным пучком лазера, соберите установку по рисунку 42. На оптическую скамью расположите лазер, короткофокусную линзу, раздвижную щель. На расстоянии 1,5м расположите экран. Затем медленным вращением винта уменьшите ширину щели и наблюдайте дифракционную картину.

Кратко поясняют Уч-ся сущность опыта по рисунку, где показана схема образования полос дифракции и график их яркости. На щель DC падает плоская волна. Свет от каждой точки, расположенной внутри щели, распространяется по разным направлениям. Очевидно, волны в направлении О распространяются в одинаковой фазе и усиливают друг друга, образуя яркую полосу. Она проходит от наблюдателя через точку О перпендикулярно к плоскости чертежа и лежит на продолжении оптической оси конденсатора. Эта яркая полоса носит название центрального максимума. Можно объяснить образование соответствующих максимумов В, В₁ и т.д., расположенных симметрично от центрального максимума. Если постепенно изменять величину просвета второй щели, то можно заметить, как на экране в середине светлой полосы появляется полоса темная (в просвет щели укладывается четкое число зон Френеля), а затем она исчезает (укладыв-ся нечетной число зон).

19. Нма «Эл. Теор. Относительности». Мет-ка изучения (постулаты теории относительности и их следствия, взаимосвязь массы и энергии).

Для средней школы изучение элементов СТО яв-ся сравнительно новым. Программа общеобразовательной СШ предлагает ознакомить уч-ся с принципом относительности Энштейна, дать представление о скорости света в вакууме как предельной скорости передачи сигнала, изучить релятивистский з-н сложения скоростей, зависимость импульса от скорости, взаимосвязь массы и энергии. Изучение элементов теории относительности рекомендует начинать с повторения того материала об относительности, кот-й знаком уч-ся: некоторые физические величины характер-е механическое движение и эл.маг. взаимодействие относительны т.е.зависят от выбора системы отсчета, а другие инвариантны т.е. не зависят от выбора системы отсчета. В классах с сильным составом Уч-ся знакомят с преобразованиями Галилея и на их основе математически доказывают, что в механике Ньютона инвариантными яв-ся длина отрезка, относительная скорость двух тел и время. В более слабых классах на инвариантность длины отрезка и времени надо просто указать как на некоторые изначальные положения. СТО построено по методу принципов т.е. в основу ее кладут два постулата, кот-е опираются на опытные факты. При изучении первого постулата теории Эйнштейна используют формулировку: все физические законы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. В качестве опытного обоснования этого постулата следует рассмотреть опыт Майкельсона. Отрицательный результат этого опыта доказывает неправильность его исходной посылки о существовании абсолютной системы отсчета ─эфира, в котором якобы развертываются все эл.маг явления. Все инерциальные системы отсчета равноправны, законы природы в них одинаковы. Второй постулат: скорость света (в вакууме) одинакова во всех инерциальных системах отсчета и равна 3·10⁸ м/с. В качестве опытного обоснования рассматривают движение двойных звезд. Второй постулат теории не утверждает, что скорость света ─наибольшая скорость передачи сигнала. Это утверждение является следствием самой теории. Кинематика СТО. Возможны два метода её раскрытия: 1. если Уч-ся достаточно хорошо подготовлены, то записываю формулы преобразования Лоренца, обсуждают их, обращая внимание школьников на неразрывную связь пространственных и временных характеристик, на связь этих формул с формулами преобразования Галилея, а затем из них строго математически выводят формулы законов сложения скоростей, замедления времени, сокращение масштабов. 2. доступен всем Уч-ся средней общеобразовательной школы. Основное внимание обращают не на математический вывод формул, законов, а на раскрытие сущности наблюдаемых эффектов в ходе рассмотрения мысленных экспериментов. Преобразования Лоренца при этом не выводят и не сообщают. Кинематика СТО включает в себя следующие вопросы: сложение скоростей, относительность одновременности пространственно разделенных событий, замедление времени, сокращение масштаба. Динамика СТО. Знакомство с зависимостью массы от скорости целесообразно начать с создания проблемной ситуации. Согласно СТО скорость света─ предельная величина; движение со скоростями больше скорости света в природе не существует. Однако з-ны классической механики этому противоречат. Если v=v₀ + a t и , то . из этой фор-лы следует, что при неограниченном времени действия силы F скорость v может достичь любого значения. СТО преодолевает эти противоречия и доказывает, что масса явл-ся величиной относительной, зависящей от выбора системы отсчета. Если в системе, где покоится тело, его масса m₀ , то в любой ИСО, движущейся скоростью v, масса этого тела определяется формулой Анализируя эту формулу указывают, что различие м/у массами m и m₀ заметно лишь при движениях со скоростями, приближающимися к скорости света. В заключение Уч-ся сообщают, что в СТО выполняется з-н сохранения импульса, но под импульсом понимают величину . Второй з-н динамики справедлив в виде , где . Из формулы 2-го з-на динамики видно, что сила взаимодействия двух объектов ─ величина относительная, зависящая от выбора системы отсчета. Взаимосвязь массы и энергии напоминают Уч-ся известные им формулы из курса математики и показывают, что при скорости когда V<<c : . Анализируя формулу E=mc², подчеркивают, что энергия и масса взаимосвязаны. При увеличении энергии тела на величину ΔЕ его масса возрастает на величину ΔЕ/с² . В силу того что с² очень большая величина, изменения массы при соударениях, нагревании и многих других физических процессах ничтожно мало. Однако даже небольшое изменение массы влечет за собой выделение колоссальной энергии. Формула E=mc² находит широкое применение для расчета энергетического выхода ядерных реакций. З-н сохранения энергии в СТО читают так: сумма кинетической и собственной энергии тела есть величина постоянная, или полная энергия ─величина постоянная. Одновременно с полной энергией сохраняется и масса.

20. Структура и особенности раздела «Современная физика». Устройство и свойства вещества в школьном курсе физики. Научно-методический анализ темы «Законы микромира. Частицы и волны». Изучение основных понятий темы (фотоэлектрический эффект и его законы, кванты света, корпускулярно- волновой дуализм).

Центральной методической задачей темы является формирование у уч-ся понятия о дискретном характере излучения и поглощения энергии, о квантах света, о квантовой теории и ее значе­нии в современной физике. Изучение фотоэффекта, законов, которым подчиняется это яв­ление, их объяснение на основе квантовой теории света, изучение химического действия света и его давления представляют большие возможности для развития понятия «фотон» («квант света»), форми­рование которого было начато ранее, в курсе биологии 8 класса , в курсе химии 10 класса. Ознакомление учащихся с дуализмом свойств света, убеждение в материальности его способствует формированию у них понятия о современной квантово-полевой физической картине мира. Одна из важнейших задач темы - ознакомление с применением в технике явлений фотоэффекта, химического действия света, с ролью фотосинтеза в природе и способами использования этого явления. В процессе изучения квантовой оптики учащиеся убеждаются том, что фотон — это не абстракция, позволяющая «удобно» описать оптические явления, а реальная частица.

Явление фотоэффекта было одним из основных среди явлений, исследование которых привело к созданию квантовой теории. Сущность внешнего фотоэффекта и его главные закономерности заключаются в следующем- под действием электро-магнитного излучения наблюдается испускание(эмиссия) электронов из металлов. Число испускаемых электронов определяется интенсивностью падающего излучения, скорость же вырываемых электронов не зависит от интенсивности света и определяется его частотой.

В методике изучения фотоэффекта целесообразно выделить несколько этапов-

1)Знакомство учащихся с самим явлением фотоэффекта. Рассказ об истории его открытия.

2)Рассказ о поиске закономерностей этого явления. Исследования Столетова.

3)Рассмотреть основные закономерности фотоэффекта.

4)Выдвижение гипотезы световых квантов. Рассказ о работе Эйнштейна, Уравнение фотоэффекта.

5)Объяснение всех закономерностей фотоэффекта с квантовых позиций.

6)Выводы квантовой теории о природе света.

7)Вакуумные и полупроводниковые фотоэлементы. Применение фотоэффекта в технике.

В заключение следует четко сформулировать основные законы фотоэффекта, открытые А. Г. Столетовым:

1. Число электронов, освобождаемых светом из вещества в 1 с, прямо пропорционально падающему световому потоку.

2. Энергия электронов, вырываемых из вещества, не зависит от падающего светового потока, а зависит только от длины полны действующего света.

3. Для каждого металла существует своя длинноволновая гра­ница света, при которой наступает фотоэффект. При более длинной волне света фотоэффекта не происходит. Корпускулярно-волновой дуализм, эффект Комптана

после излучения фотоэффекта получая знания о фотоне и обсуждаем корпускулярно-волновой дуализм и его свойства: 1 фотон- частица Эл- магн излучения;2. фотон существует только в движении. Либо он движется со скоростью света либо не существует;3. эти частицы сравнительно легко могут зарождаться и исчезать т.е. излучаться и поглощаться. Фотоны не делимы. Поглащённый фотон прекращает свое существование ,а его энергия превращается в какую-либо другую энергию.;4. фотон обладает определенной энергией, массой и импульсом. Энергия =hv , =mc² то масса равно m=hv/c² –мера энергии фотона. Т.к. фотон сущ только в движении, то у его нет массы фотона. Импульс фотона p=mc=hv/c=h - векторн величина. Направление вектора импульса фотона совпадает с направлением распространен света. Уч-ся должен знать, что свет проявляет волновые и корпускулярн св-ва т.е обладает дуализмом св-в. Волновые св-ва частицы: изучен данного вопроса начин-ся с описания опыта по дифракции электрона: метод Лауэ(пучок быстрых электронов через тонкий слой монокристалла или поликрист); отражение медленных электронов от поверхности кристаллов по получен дифракц картине определяют длину волны определен микрочастицы. Расчеты показыв, что длина волны зависит от импульса частицы. С волновой точки зрения явл при интерференции происходит перераспределение эн падающей волны max- интенс волны наибольшая, т.к. интенсивн волны пропорцион А², то А² (амплитуда) у волны де Бройля определяет вероятность попадания электронов в ту или иную точку пространства т.о.электрон как и другие частицы явл дискретной частицей. т.е. имеет определен массу покоя и заряд. но его движен не может быть описано з-м Ньютона, а описывают волновые законы т.е. квантов мех к-я позвол определить вероятность нахождения частицы в той или иной точке пространства. Опыты Лебедева по светавому давлению явл эксперимент доказат-м наличия мех имп-са у световых квантов. Они подтвердили Эл-маг теорию света Максвелла из которой следовал вывод о давлении света Трудности опыта: малое значение измеряемого давления; устранение конвекционных потоков воздуха. Сущность Комптона: выбивание фотонами электронов из кристаллической решетки.