2. Квант світлової енергії називають фотоном.

3. Ейнштейн об’єднав масу і енергію, тобто кожному тілу масою відповідає енергія Е яка визначається виразом і відповідно будь якій енергії відповідатиме певна маса

4. Масу кванта ( фотона ) визначають: або

5. Дослід показав, що, поки фотон існує, він рухається з швидкістю с (у вакуумі) і ні за яких умов не може сповільнити свій рух або зупи­нитись. У момент зустрічі з речовиною він може поглинутись частин­кою речовини. Тоді сам фотон зникає, а його енергія цілком перехо­дить до частинки, яка його поглинула. Фотон не має маси спокою. Ця цікава особливість фотонів відрізняє їх від частинок речовини, напри­клад від протонів або електронів.

6. Імпульс фотона визначають: , або

7. Падаючи на довільну поверхню світло спричиняє тиск, який визначають:

- для дзеркальної поверхні :

- для темної поверхні:

Таким чином тиск світла на дзеркальну поверхню у два рази більший ніж на темну.

Першим виміряв тиск світа у 1900 році М. П. Лебедєв. ( тиск сонячних променів на квадратний метр темної поверхні Землі складає 4,5 · 10^-6 Па )

Конспект.

Розв’язування задач.

Модель № 1 ( параметри фотона ) ; ;

1. Сонце випромiнює в простiр щосекунди близько 3,75·10²⁶Дж енергії. На скiльки у зв'язку з цим щосекунди зме­ншуеться маса Сонця? Швидкiсть свiтла вважати 3·10⁸ м/с. а) 2, 71·10⁹ кг; б) 4, 17·10⁹ кг в) 3,64·10⁹ кг г) 2,56·10⁹ кг

2. У скiльки разiв енергiя фотона, яка вiдповiдае фiо­летовiй границi видимого спектра, бiльша за енергiю фотона, яка вiдповiдае червонiй границi цього спектра? Червона й фiо­летова межi видимого спектра мають довжини хвиль вiдповiд­но 0,76 мкм та 0,38 мкм. а) у 3 рази; б) у2 рази; в) у 6 разiв; г) у 5 раз

3. Яке значення iмпульсу фотона, що володic енергiею 6·10-19 Дж? Швидкiсть свiтла вважати 3·10⁸м/с. а) 3·10^-27 кг ·м/c; б) 1,7·10^-2710^-27 кг ·м/c ; в) 2·10^-27 кг ·м/c; г) 2,8·10^-27 кг ·м/c;

Модель № 2 ( зв’язок показника заломлення з енергією кванта )

n = c / υ υ = λ· ν E = h · ν

4. Чому дорiвнюе абсолютний показник заломлення середовища, в якому свiтло з енергieю фотона 4,4·10³⁹ Дж мае довжину хвилi 300 нм? Швидкiсть свiтла вважати 3.10⁸м/с, стала Планка 6,6·10³⁴ Дж·с.

а) 1,5; б) 1,2; в) 2; г) 1,4

Модель №3 ( енергія та потужність випромінювання )

P = E / t E = E₁· N E₁= h·ν = h·c / λ

5. Лазер потужнiстю 20 Вт випромiнюе 10²⁰ фотонiв за 1 с. Яка довжина хвилi випромiнювання лазера? Вважати, що стала Планка 6,6·10^-34 Дж·с, швидкiсть свiтла - 3·10⁸м/с. а) 0,285 мкм; б) 0,375 мкм; в) 0,423 мкм; г) 0,541 мкм

Домашня робота.

1.Опрацювати по підручнику «Фізика» тему : Явища, що пояснюються квантовими властивостями світла 2.Вивчити основні означення даної теми

3. Розв’язати задачі

1. Свiтло з частотою 10¹⁵ Гц падає перпендикулярно на плоске дзеркало. Як змiнюється iмпульс фотонiв пiд час вiдбивання? Швидкiсть свiтла вважати 3.10⁸м/с, стала Планка 6,6·10-34 Дж.с.

а) 3,2·10^-27 кг ·м/с; б) 2,710^-27 кг ·м/с ·; в) 5,1·10^-27 кг ·м/с; г) 4,4·10^-27 кг ·м/с;

2. Скiльки фотонiв випромiнє за 1 с розжарена дротина електричної лампи потужністю 1 Вт, якщо середня довжина хвилі світла, випромінюваного нею дорівнює 10 мкм? Швидкiсть свiтла - 3·10⁸ м/с, стала Планка 6,6_10-34 Дж·с. а) ·10¹⁹ 3; б) 3,5·10¹⁹; в) 6 ·10¹⁹ ; г) 5·10¹⁹

Заняття № 54 ____________2011р.

Тема: Зовнішній фотоелектричний ефект. Досліди О. Г. Столєтова. Закони зовнішнього фотоефекту. Внутрішній фотоефект та його особливості. Фотоелементи з зовнішнім і внутрішнім фотоефектами. Фотоопори; застосування їх у техніці (оптичний звукозапис, відтворення звуку в кіно, використання в різноманітних автоматичних пристроях). Фізичні основи телебачення.

Основні положення та означення.

1. Зовнішнім фотоелектричним ефектом або фотоефектом називається явище виривання електронів з поверхні речовини під дією світла. Це явище відкрив у 1887р. Генріх Герц.

2. Вивченню фотоефекту присвячені праці О.Г.Столєтова , Ф.Ленарда , Дж.Томсона , А.Ф.Іоффе .

(Прилад, за допомогою якого О.Г.Столєтов досліджував фотоефект, являв собою плоский конденсатор, одна з обкладинок якого виготовлене з дротяної сітки, а інша – суцільною пластиною. Цей конденсатор був послідовно включеним у коло, в яке входили гальванометр і батарея. Позитивний полюс батареї був з’єднаним з пластиною з дротяної сітки. Світло, яке проходило крізь сітку, падало на суцільну пластину. Внаслідок цього у колі виникав струм, який реєструвався гальванометром. Столєтов показав, що заряди, які випускаються під дією світла, є негативними.

3. Ленард сконструював прилад для вивчення фотоефекту, в якому електроди були розміщені у вакуумний балон з кварцовим віконцем, через яке світло попадало на катод, виготовлений з досліджуваного матеріалу. Прилад вмикався у ланцюг послідовно з потенціометром та гальванометром, що дозволяло змінювати прикладену до катода і анода різницю потенціалів, яка вимірювалася вольтметром, підключеного паралельно приладу. Паралельно потенціометру була приєднана батарея.

4. В 1905 році А.Ейнштейн розробив теорію, що базується на корпускулярній природі світла. Виходячи з припущення про існування квантів світла, Ейнштейн отримав рівняння фотоефекту: або

( називають формулою Ейнштейна, є законом збереження енергії )

згідно з яким енергія фотона, що поглинається речовиною, при вириванні одного електрона дорівнює роботі виходу електрона плюс кінетична енергія .

5. Робота виходу — найменша енергія, яку потрібно надати електрону, щоб вилучити його з твердого тіла або рідини у вакуум. Робота виходу дуже чутлива до стану поверхні металу, зокрема до її чистоти. Тому, якщо підібрати відповідне покриття, можна тим самим значно знизити роботу виходу .

6. Фотоефект може мати місце лише при , тобто енергія світлового кванта повинна перевищувати роботу виходу або дорівнювати їй. Внаслідок цього, для частоти падаючого світла повинно виконуватися співвідношення або

7. Частота , або довжина хвилі , називається червоною (довгохвильовою) межею фотоефекту. Фотоефект можливий, якщо або .

8. Зовнішній фотоефект підпорядковується таким законам:

• а) фотострум насичення пропорційний освітленості фотокатода;

• б) енергія вибитих електронів і максимальна їх швидкість залежать лише від частоти падаючого світла. Із збільшенням частоти енергія фотоелектронів лінійно зростає;

• в) число фотоелектронів пропорційне інтенсивності світла.

9. Щоб припинити зовнішній фотоефект , потрібно прикласти негативне затримуюче поле . При цьому , де — маса електрона, — найбільша швидкість електронів, які вилітають з катода.

10. Максимальна швидкість фотоелектронів, що експериментально з’ясоване в 1905 році, не залежить від інтенсивності світла, а залежить лише від частоти. Цей факт знаходився у суперечності з класичними уявленнями, оскільки відповідно до класичних понять швидкість повинна збільшуватися з амплітудою, а отже, і з інтенсивністю електромагнітної хвилі.

11. Крім зовнішнього фотоефекту, можливий внутрішній фотоефект, при якому електрони, знаходячись у речовині, змінюють свій енергетичний стан під дією світла. В результаті електрони при певних умовах з валентної зони переходять в зону провідності і, як наслідок, збільшується електро-провідність речовини.

12. В газах явище фотоефекту полягає в фотоіонізації, при якій відбувається іонізація атомів і молекул під дією випромінювання.

Конспект .

Розв’язування задач.

1. Чому дорiвнює енергiя фотона поглинутого елект­роном, якщо при виходi з калiю електрон мав швидкiсть 0,6 Мм/с? Робота виходу електрона з калiю 4,4·10 ^-19 Дж. Маса електрона 9,1·10 ^-31 кг. 1eB=1,6·10 ^-19 Дж. а) 2,1 еВ; б) 4,8 еВ; в) 3,8 еВ; г) 4,1 еВ; д) вірної відповіді тут немає.

2. На поверхню вольфраму з роботою виходу 4,5 еВ падають рентгенівські променi з довжиною хвилi 10 нм. Яка максимальна кiнетична енергія фотоелектронiв? Вважати, що стала Планка 6,6 10^-34 Дж·с, швидкiсть свiтла - 3·10⁸ м/с, 1 eB=1,6·10 ^-19Дж. а) 119 еВ; б) 112 еВ; в) 129 еВ; г) 131 еВ;

3. Яка робота виходу електрона з поверхнi деякого ме­талу, якщо пiд час опромiнення його свiтлом з довжиною хвилi 590 нм, швидкiсть вибитих електронiв дорівнює 0,28·10⁶м/с? В важати, що стала Планка 6,6·10 ^-34 Дж·с швидкiсть свiтла 3·10⁸ м/с, маса електрона 9,1·10^-31кг. а) 1,8 еВ; б) 1,9 еВ; в) 2,1 еВ; г) 2,5 еВ;

4. Якщо освiтлювати фотоелемент фiолетовим свiтлом з частотою 750·10¹²Гц запiрна напруга дорiвнює 2 В, а якщо освiтлювати червоним свiтлом з частотою 390·10¹² Гц, запiрна напруга рівна 0,5В. Чому дорівнює значення сталої Планка, виходячи з даних цього дослiду? а) 6,01·10-^З4дж·с; б) 5, 88·10-^З4дж·с; В) 7,21·10-^З4дж·с; г) 6, 67·10-^З4 дж·с

. .

5. Яка частина енергії фотона, що викликає фотоефект, витрачається на роботу виходу, якщо найбiльша швидкiсть електронiв, вирваних iз поверхнi цинку, становить 106 м/с? Че­рвона межа фотоефекту для цинку - 2,9·10^-7 м. Стала Планка - 6,6·10^-34 Дж·с; заряд електрона 1,6·10^-19 Кл;швидкiсть свiтла 3·10⁸ м/с; маса електрона 9,1·10^-31 кг. а) 20%; б) 30%; в) 40%; г) 60%;

Домашнє завдання.

1.Опрацювати по підручнику «Фізика» тему : Зовнішній фотоелектричний ефект 2.Вивчити основні означення даної теми

3. Розв’язати задачі

1. Робота виходу для вольфраму - 7,7·10¹⁹Дж. Яку ча­стоту мусить мати свiтло, щоб, пiсля потрапляння його на во­льфрамову пластинку, середня швидкiсть фотоелектронiв дорiвнювала б 2000 км/с? Вважати: маса електрона - 9,1·10^-31 кг, стала Планка - 6,6·10^-34 Дж·с. а) 2·10¹⁵ Гц; б) 3·10¹⁵ Гц; в) 4·10¹⁵ Гц; г) 3,5·10¹⁵ Гц; д) вірної відповіді тут немає.

2. Фотоелемент, катод якого виготовлений з лiтiю, опромiнюють свiтлом з довжиною хвилi 400 нм. До якої мак­симальної рiзницi потенцiалiв зарядиться фотоелемент? Робота виходу електронiв з лiтiю piвнa 2,4 еВ. Стала Планка piвнa 6,6·10-³⁴ Дж·с; швидкiсть свiтла 3·10⁸ м/с, заряд електрона 1,6·10-¹⁹кл.

а) 150 мВ; б)27мВ; В) 720 мВ; г) 780 мВ; д) вірної відповіді тут немає.

Задачі на самостійну роботу.

1. На металеву пластинку падає свiтло, що має довжину хвилi 413 нм. Фотострум припиняється, коли затримуюча рiз­ниця потенцiалiв дорiвнює 1 В. Чому дорiвнює робота виходу електрона з поверхнi пластини? Стала Планка - 6,6·10^-34Дж·с, швидкiсть свiтла - 3·10⁸м/с, заряд електрона - 1,6·10 ^-19Кл.

а) 2 еВ; б) 1,5 еВ; в) 2,5 еВ; г) 1,2 еВ; д) вірної відповіді тут немає.

2. Плоский алюмiнiєвий електрод освiтлюється свiтлом з довжиною хвилi 83 нм. Червона межа фотоефекту для алю­мiнiю 332 нм. На яку вiдстань вiд поверхнi електрода може вiддалитися електрон, якщо поза електродом є запiрне елект­ричне поле напруженiстю 7,5 В/см? Вважати, що стала Планка - 6,6·10^-34Дж ·с, щвидкiсть свiтла - 3·10⁸м /с, заряд електрона 1,6·10 ^-19Кл. а) 10 мм; б) 15 мм; в)8 мм; г) 18 мм; д) вірної відповіді тут немає.

3. Коли довжину хвилi випромiнювання, що падає на катод фотоелемента, зменшали вiд 5·10^-7м до 4·10^-7м, то мак­симальна швидкiсть фотоелектронiв збiльшилась в 2 рази. Яке значення червоної межi фотоефекту для даного катода? а) 3,31·10^-7м; б) 4,42·10^-7м; в) 5,45·10^-7м; г) 6,56·10^-7м;.

4. Чому дорiвнює стала Планка, якщо фотоелектрони, що їx вириває з поверхнi якогось металу свiтло з довжиною хвилi 2,5·10^-7м, затримуються електричним полем з напругою 3,1В, а вирванi свiтлом з довжиною хвилi 1,25·10-⁷м затриму­ються напругою 8,1В. Швидкiсть свiтла - 3·10⁸ м/с, заряд еле­ктрона - 1,6·10 ^-19Кл. а) 4,3·10-^З4 дж·с; б) 6,4·10-^З4 дж·с; в) 6,7·10-^З4 дж·с; г) 6,8·10-^З4 дж·с;

Заняття № 55 ____________2011р.

Тема: Поняття про теорію Бора. Будова атома гідрогену. Енергетичні рівні в атомі. Випромінювання і поглинання енергії атомом Походження суцільного і лінійчатого спектрів. Явище люмінесценції і його закономірності. Флуоресценція і фосфоресценція. Квантові генератори та їх застосування .

Основні положення та означення.

1.Оскільки світло випромінюється і поглинається атомами речовини, то виникає питання: яка структура атомів забезпечує квантовий характер вказаних процесів? Відповідь на це питання дав Резерфорд (1911р), аналізуючи результати експериментального дослідження розсіяння -частинок на тонких металічних плівках. Він запропонував ядерну модель атома, згідно з якою:

• в центрі атома розміщене позитивно заряджене ядро , в якому сконцентрована практично вся маса атома.

• навколо ядер по колових чи еліптичних орбітах рухаються електрони. Якщо в нейтральному атомі Z електронів, то заряд ядра , де – елементарний заряд

2. Недоліки моделі Резерфорда. - Рух електрона по орбіті є прискореним, і тому, з точки зору класичної фізики, електрон, що рухається прискорено, повинен випромінювати електромагнітні хвилі, втрачати енергію і кінець кінцем впасти на ядро. Але атом – стійка система електричних зарядів. І тому, приймаючи ядерну модель атома, потрібно відмовитись від класичного опису орбітального руху електронів.

3. Недоліки моделі Резерфорда було усунено в моделі , яку розробив Н. Бор (1913 р.). В основі моделі Бора лежать два наступні постулати:

• 1

  

  . Атому властиві цілком стійкі стаціонарні стани з відповідними значеннями енергії Е₁, Е₂, ….. Е_n , перебуваючи в яких, атом не випромінює і не поглинає енергії Наслідок : із усіх можливих механічних станів (орбіт) електрон в атомі може перебувати лише на таких, радіус яких визначається із співвідношення

де – номер орбіти, Такі стани (орбіти) називаються стаціонарними;