Урок по физике Зарождение квантовой теории. Фотоны

ГАПОУ МО ЕПЭТ

Савостьянова Светлана Анатольевна, преподаватель физики и математики

Тема урока: Зарождение квантовой теории. Фотоны

Цель: рассказать учащимся о зарождении квантовой теории; сформулировать гипотезу Планка; показать учащимся, что фотон является частицей электромагнитного излучения, обладает энергией и импульсом.

Ход урока:

I. Организационный момент

II. Изучение нового материала (лекция)

Дата рождения квантовой теории известна точно - 14 декабря 1900 г. В этом день немецкий физик Макс Планк выступил на заседании Немецкого физического общества с докладом, посвящённым проблеме распределения энергии в спектре излучения абсолютно чёрного тела. Он установил формулу, которая выражала зависимость энергии электромагнитных волн от частоты. Для этого ему потребовалось пожертвовать классическими представлениями: согласно теории электродинамики Максвелла, нагретое тело, непрерывно теряя энергию вследствие излучения должно охладиться до абсолютного нуля. Однако опыт показывает, что ничего подобного не происходит.

Гипотеза Планка: излучение и поглощение электромагнитных волн атомами и молекулами вещества происходит не непрерывно, а дискретно, т.е. отдельными порциями - квантами.

h = 6,62·10^-34 Дж·с - постоянная Планка

[ν]=[Гц] - частота,

[Е]=[Дж] - энергия

После того как заседание закончилось коллеги Планка расходились с двойственными чувствами. С одной стороны, они ничего не могли выразить против представленной формулы, с другой стороны, уж очень странная и неестественная гипотеза была положена в основу её вывода. Сам Планк, конечно, получил огромное моральное удовлетворение от того, что сумел решить проблему. Но ему и в голову не приходило, к каким революционным преобразованиям в будущем приведёт его «рабочая» формула!

Альберт Эйнштейн был первым физиком, всерьёз заинтересовавшимся гипотезой Планка. Он пишет статью в марте 1905 г «Об одной эвристической точке зрения на возникновение и превращение света», где приводит понятие - световые кванта - частицы, из которых состоит электромагнитное излучение. Впоследствии эти частицы - кванты электромагнитного излучения стали называть фотонами.

По современным представлениям фотоны обладают следующими свойствами:

1.Заряд фотона равен нулю.

2. Скорость фотона равна скорости света в вакууме.

с = νλ = 3·10⁸ м/с.

3.Масса покоя фотона равна нулю.

4.Энергия фотона пропорциональна частоте электромагнитного излучения, квантом которого он является.

5. Масса движущегося фотона определяется формулой:

6. Фотон обладает импульсом:

Перечисленные свойства фотонов были установлены не сразу. В начале XX века сама идея о существовании световых квантов встречала резкое неприятие. Ведь интерференция, дифракция света явно показывала, что свет - это волна. А теория Эйнштейна этому противоречила.

III. Закрепление. Решение задач.

1) Задача на формулу Планка

2) Задача на нахождение энергии, массы и импульса фотона по известной длине волны.

(по задачнику, который Вы используете)

IV. Задание на дом: конспект