Гипотеза Планка о световых квантах. Формула Планка

Гипотеза Планка о световых квантах. Формула Планка Физика 9 класс

Тема: Гипотеза Планка о световых квантах. Формула Планка.

Цель урока: повторить пройденный материал по теме «Тепловое излучение. Абсолютно черное тело» и подготовить учащихся к тестированию;

познакомить учащихся с Гипотезой Планка о световых квантах. Формулой Планка;

содействовать закреплению полученных знаний;

научиться применять полученные знания по квантовой теории при решении задач;

развивать познавательную активность школьников с помощью проблемных вопросов, исторического материала.

коррекионно-развивающие:

способствовать умению выделять значимые и существенные параметры;

совершенствование кратковременного запоминания и оперативного воспроизведения образов памяти.

Знать: Гипотезу Планка о световых квантах. Формулу Планка.

Уметь: применять знания по квантовой теории при решении задач.

Тип урока: комбинированный урок.

Ход урока

1. Организационный этап /Задачи: Обеспечить нормальную рабочую обстановку на начало урока, подготовить учащихся к общению, умению слушать и слышать

Формулирование целей урока вместе с уч-ся. Раскрытие общей цели урока и плана его проведения

2. Этап проверки выполнения домашнего задания. /Задачи: Выявить пробелы в знаниях и способах деятельности уч-ся и определить причины их возникновении

Фронтальный опрос (5 мин)

1. Какое излучение называется тепловым?

/Излучение телом электромагнитных волн за счет своей внутренней энергии называется тепловым излучением/

2. Абсолютно черное тело …

/Тело, которое при любой, не разрушающей его температуре, полностью поглощает всю энергию падающего на него света любой частоты, называется абсолютно черным телом/

3. Что такое равновесное излучение?

4. Почему согласно классической электродинамике волны должны были бы отобрать у частиц всю энергию теплового движения?

5. Ультрафиолетовая катастрофа …

Тестирование учащихся (6 мин)

Подведение промежуточных итогов.

3. Этап усвоения новых знаний

/Задачи: Обеспечить восприятие, осмысление и первичное запоминание материала

Работа в группах: Обсуждение вопросов в группах с последующей их защитой

• Противоречие, которое возникло между теорией Максвелла и опытными данными?

• Зарождение квантовой теории; выход, который предложил М. Планк?

• Гипотеза Планка

• Основные свойства фотона

Противоречие, которое возникло между теорией Максвелла и опытными данными?

/Законы электромагнетизма, полученные Максвеллом, оказались не в состоянии объяснить форму кривой распределения интенсивности в спектре абсолютно черного тела. При удалении от этого значения интенсивность электромагнитного излучения плавно убывает.

Электродинамика Максвелла приводила к бессмысленному выводу, согласно которому нагретое тело, непрерывно теряя энергию вследствие излучения электромагнитных волн, должно охладиться до абсолютного нуля, что противоречило закону сохранения энергии. Согласно классической теории тепловое равновесие между веществом и излучением невозможно. Однако повседневный опыт показывает, что ничего подобного в действительности нет. Нагретое тело не расходует всю свою энергию на излучение электромагнитных волн./

Стремясь преодолеть затруднения классической теории при объяснении излучения черного тела, Осенью 1900 г., сопоставив все полученные к этому времени результаты, М. Планк сумел «угадать» формулу, которая полностью соответствовала экспериментальной кривой. Для того, чтобы вывести эту формулу, ему потребовалось пожертвовать классическими представлениями и представить, что энергия излучения состоит из отдельных малых и неделимых частей - квантов.

Начинается зарождение квантовой теории

Выход, который предложил М. Планк?

Сообщение о М.Планке.

М. Планк указывает путь выхода из трудностей, с которыми столкнулась теория теплового излучения, после чего начала развиваться современная физическая теория, называемая квантовой физикой

Исследуя вопросы излучения света, немецкий физик М. Планк (1858-1947) выдвигает идею о том, что излучение света происходит не непрерывно, как это следует из волновой теории света, а отдельными порциями - квантами (от латинского «квантум» - количество, масса), или, иначе, фотонами.

Выяснилось, что те явления, которые связаны с испусканием и поглощением света веществом, можно объяснить, лишь считая, что световое излучение - поток квантов. Но те явления, которые связаны с распространением света в какой-либо среде, полностью объяснялись только с помощью электромагнитной теории света.

Это означает, что природа света двойственна, что ни корпускулярная, ни волновая теория в отдельности не может правильно описать и объяснить все свойства светового излучения и что для этого должна быть создана новая теория на основе объединения корпускулярной и волновой теорий. Такой новой теорией явилась квантовая теория света, созданная трудами М. Планка, А. Эйнштейна, Н. Бора и др.

Гипотеза Планка

По квантовой теории свет испускается атомами и молекулами вещества, находящимися в возбужденном состоянии. Примерно через 10^-8 с после возбуждения атом переходит в более устойчивое состояние, излучая освободившуюся энергию в виде фотона в окружающую среду. Энергия кванта зависит от изменения энергии атома при переходе в более устойчивое состояние и выражается формулой Планка: , где - частота колебаний в электромагнитном излучении, испускаемом атомом, h - постоянная Планка, равная . Таким образом, энергия кванта пропорциональна частоте электромагнитного излучения или в вакууме обратно пропорциональна длине волны . Следовательно, чем короче длина световой волны в вакууме, тем больше энергия ее квантов, и наоборот.

Таким образом, световое излучение в одних случаях обладает ярко выраженными волновыми свойствами, а в других - корпускулярными (корпускулярно-волновой дуализм).

Опытом установлено, что фотон существует только в процессе движения и всегда имеет скорость, равную . При остановке фотон исчезает, т.е. он не имеет массы покоя. В этом проявляется отличие фотонов от электронов, протонов и др. частиц вещества.

Свет излучается и поглощается веществом не непрерывно, а отдельными порциями - квантами.

Причем энергия такого кванта определялась величиной E = h·ν, h - постоянная Планка.

По современным данным h = 6,626·10^-34 Дж·с.

Однако в то время не было прямых экспериментальных доказательств существования квантов излучения. В результате идея Планка воспринялась большинством физиков как «ловкий фокус», не имеющий серьезных научных оснований.

После открытия Планка начала развиваться новая, самая современная и глубокая физическая теория - квантовая теория. Развитие ее не завершено и по сей день.

Гипотезы М. Планка и А. Эйнштейна не только кардинально меняли все классические представления об электромагнитном излучении как сугубо волновом процессе, но и позволили предсказать существование принципиально новой элементарной частицы. Это - частица электромагнитного излучения, получившая название фотон (от греческого слова, означающего «свет»), реально существует в природе, что вскоре было подтверждено в многочисленных экспериментах.

Планк делает заключение: законы классической физики совершенно не применимы к явлениям микромира!!!

Как была определена постоянная Планка?

Из опыта распределения энергии теплового излучения в спектре h = 6,63·10^-34 Дж•с

Когда впервые были обнаружены квантовые свойства материи?

Впервые квантовые свойства материи были обнаружены при исследовании излучения и поглощения света Герцем, Столетовым.

Но это тема нашего следующего урока.

Гипотеза Планка - 1900г - атомы испускают электромагнитную энергию

Е = hν порциями - квантами

Квантовая физика ФОТОН

1. Реальная микрочастица, из них состоит электромагнитное излучение

   1. Е = hν 4. m₀= 0 (покоя, т.е. в покое её нет)

   2. q = 0 5. p = mc = h/λ Е = mc²

   3. υ = c = 3*10⁸ м/c m_ф = hν/c²

Перечислите основные свойства фотона

1) Является частицей электромагнитного поля. Легко зарождается и легко исчезает

2) Отсутствует масса покоя (m0 = 0 - покоящихся неподвижных фотонов не существует)

3) Движется со скоростью света

4) Остановить фотон нельзя

5) Фотон не делится на части. Он испускается, отражается, преломляется, поглощается только целиком

6) импульс фотона направлен по световому пучку, указывает на связь корпускулярных и волновых свойств света

р - импульс частицы; λ - длина волны; ν - частота; это характеристики волны

Фотон - ультрарелятивистская частица, в вакууме скорость света υ = с = 3·10⁸ м/с

Массу фотона следует рассматривать как полевую массу, обусловленную тем, что электромагнитное поле обладает энергией. Измерить массу фотона невозможно.

Как и почему свет излучается и поглощается веществом не непрерывно, а отдельными порциями - квантами.

Подведение промежуточных итогов.

4. Этап проверки понимания и закрепления нового материала учащимися нового материала

/Задачи: Установить правильность и осознанность изученного материала. Обеспечить закрепление в памяти учащихся знаний и способов действий, которые им необходимы для самостоятельной работы по новому материалу

Работа в группах

Задания по группам (решение задач)

Выработать критерии оценивания выполнения работы

Подведение промежуточных итогов.

5. Информации учащимся о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

/Задачи: Обеспечить понимание целей, содержания и способов выполнения д/з

Домашнее задание: § 48, (упражнение № 38)

6. Этап подведения итогов урока

/Задачи: Дать качественную оценку классу и отдельным учащимся/.

Наш урок окончен. Я думаю, что он не прошел для вас впустую, и вы будете помнить о том важном, что прозвучало сегодня на уроке.

Обсуждение вопроса в группе с последующей защитой

• Противоречие, которое возникло между теорией Максвелла и опытными данными?

Обсуждение вопроса в группе с последующей защитой

• Зарождение квантовой теории; выход, который предложил М. Планк?

Обсуждение вопроса в группе с последующей защитой

• Гипотеза Планка

Обсуждение вопроса в группе с последующей защитой

• Основные свойства фотона