Квантовая физика.

Гипотеза Планка - атомы излучают электромагнитную энергию отдельными порциями – квантами.

Фотон - световая частица, квант электромагнитного излучения Е = hν =

где Е – энергия фотона, h - постоянная Планка, h = 6,62∙10^-34 Дж∙с

Свойства фотонов:

- электрически нейтрален (q = 0);

- существует только в движении  m₀ = 0 (m₀ - масса покоя фотона);

- скорость движения равна скорости света (с = 3∙10⁸ м/с).

Т.к. Е = mс² m = = = ; р = mс = = ; λ = , где

m - масса фотона, р - импульс фотона, λ - длина волны фотона

Доказательства корпускулярных свойств света:

1. Фотоэффект – явление вырывания электронов из вещества под действием света.

1) схема опыта Столетова. 2) график зависимости фототока от приложенного

напряжения

1) кривая 2 соответствует

большей интенсивности

светового потока.

2) I_н1 и I_н2 – токи насыщения,

3) U_з – запирающий потенциал.

Законы фотоэффекта.

I закон Столетова: cила фототока (число фотоэлектронов за 1с) прямопропорционально интенсивности падающего света.

II закон Столетова: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно зависит от частоты и не зависит от интенсивности света;

III закон Столетова: каждому веществу соответствует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен.

уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: hν = А_в+

А_в= h∙v_min = ; v_min= ; , где

А_в - работа выхода электронов ν_min (λ _mах)– частота (длина волны ) красной границы фотоэффекта; Е_к = = е∙U_з где

Е_к – кинетическая энергия фотоэлектронов

Uз – задерживающее напряжение - напряжение, при котором фототок прекращается

Е_к

График зависимости энергии фотоэлектронов от частоты света.

1эВ = 1,6∙10^-19Дж

2. Давление света - свет оказывает механическое давление на твёрдые тела.

р = mс= р – световой фотонный импульс

3. Химическое действие света. Фотография, фотосинтез.

Волна Де Бройля λ = (волновые свойства частиц)

Обучающие задания.

1(А) Понятие “квант энергии” было введено впервые в физику для объяснения…

1) законов излучения разогретых твердых тел

2) законов фотоэффекта

3) закономерностей черно-белой фотографии

4) давления света

2(А) Какой из графиков соответствует зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от энергии падающих на вещество фотонов?

Указание: вспомнить понятие красной границы, проанализировать как именно зависит кинетическая энергия фотоэлектронов от энергии фотона.

3(А) Энергия фотона, поглощенного при фотоэффекте, равна Е. Кинетическая энергия электрона, вылетевшего с поверхности металла под действием этого фотона,

1) больше Е

2) меньше Е

3) равна Е

4) может быть больше или меньше Е при разных условиях

Указание: записать уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

4(А) Пластина из никеля освещается светом, энергия фотонов которого равна 7 эВ. При этом, в результате фотоэффекта, из пластины вылетают электроны с энергией 2,5 эВ. Какова работа выхода электронов из никеля?

1) 9,5 эВ 2) 7 эВ 3) 4,5 эВ 4) 2,5 эВ

Указание: записать уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

5(А) Сколько фотонов с различной частотой могут испускать атомы водорода, находящиеся во втором возбужденном состоянии?

1) 1 3) 3

2) 2 4) 4

Указание: вспомните постулат Бора об излучении атома. Сколько возможных переходов со второго уровня может совершить атом?

6(В) На фотографии представлен спектр излучения водорода в видимой части

спектра. Цифры на числовой оси — длины волн в нанометрах. Оцените в джоулях (Дж) энергию фотона с максимальной энергией в видимой части спектра водорода. Полученный результат умножьте на 10²⁰ и округлите его до двух значащих цифр.

Указание: запишите формулу Планка и формулу связи длины волны с частотой. Наибольшая энергия соответствует фотону с наименьшей длиной волны.

7(В) Масса фотона равна 1,655·10^-35 кг. Какова соответствующая ему длина волны? Ответ выразите в нанометрах.

Указание: используйте формулу Планка и формулу Эйнштейна связи массы с энергией.

8(В) Найти массу фотона (кг), импульс которого равен импульсу молекулы водорода при температуре 20 °С. Скорость молекулы равна среднеквадратичной скорости. Результат округлите до двух значащих цифр и умножьте на 10³³.

Указание: средняя квадратичная скорость молекулы v_cp=√(3RT/M), импульс фотона p =mv. Температуру нужно перевести в Кельвины.

9(С) При исследовании вакуумного фотоэлемента оказалось, что при освещении катода с частотой 10¹⁵ Гц фототок с поверхности катода прекращается при задерживающем напряжении между катодом и анодом равным 2 В. Определите работу выхода электрона из материала катода.

Указание: по закону сохранения энергии кинетическая энергия фотона равна работе сил электрического поля по торможению фотона.

eU_з = Е_к; А_вых = h - Е_к