«Волны» это колебания, распространяющиеся во времени и

Мякишев (11кл) стр.270-299 (Физика. М. «Просвещение», 2007)
«Квантовая физика» может быть подразделена на А – ″Световые кванты и
атомная физика″, и В ″Физика атомного ядра и изучает микрообъекты, связывая
их свойства с одной стороны с корпускулярными характеристиками (энергия – Е и
импульс Р микротела), а с другой – с волновыми характеристиками (частота и
длина волны  ) при этом Е = h ,a p = h/ (h - постоянная Планка).
″Световые кванты и атомная физика″
«I. Основные понятия»: 1. Элементарные частицы – объекты микромира, которые считаются на данном уровне познания простейшими неделимыми (фотон, позитрон, протон, электрон и др.). 2. Квант – порция электромагнитной энергии ; 3.
Протон –элементарная частица, имеющая заряд + 1.6∙10-19Кл и массу m≈ 1а.е.м.
(1а.е.м. = 1.66∙10-27кг). 4. Нейтрон – элементарная частица без заряда mn ≈ 1а.е.м.
5. Электрон –элементарная частица с зарядом е = 1.6∙10-19Кл и mе = 0.00055а.е.м.
4
(mn/ mе ≈ 1800). 6. α - частица – ядро гелия (2Не) состоит из двух протонов и двух
нейтронов заряд ≈ 3.2∙10-19Кл, mα ≈ 4а.е.м. 7. Корпускулярно-волновой дуализм состоит в том, что объекты микромира (например, элементарная частица) наряду с
корпускулярными свойствами обладают также и волновыми (общее свойства материи). 8. Атом - наименьшая частица химического элемента, обладающая его химическими свойствами. Состоит из ядра и электронов вокруг. 9. Ядро атома – составная
часть атома, занимающая ≈ 1/10000  1/100000 часть в центре атома и в нем сосредоточена практически вся масса, так как оно состоит из протонов и нейтронов (см. 5.)
10. Фотоэффект – вырывание электронов из вещества под действием света.
«II. Основные положения» 1.Атомы испускают электромагнитную энергию
квантами, при этом Е = h , где h - постоянная Планка. h = 6.63∙10-34 Дж∙с.
2. Законы фотоэффекта . 2.1. Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии
света (его интенсивности ). 2.2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов
линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
интенсивность света
Uз – одно и тоже для разной
интенсивности света
mсVс /2 – зависит только от λ.
3. Теория фотоэффекта 3.1. Порция энергии Е = h остается неизменной и поглощается
только полностью. 3.2.Основное ур-е фотоэффекта Эйнштейна h = А + mсVс2 /2 , где
А – энергия выхода, а mсVс2 /2 – кинетическая энергия электрона. 3.3. Красная граница фотоэффекта min =A/h указывает на то, что фотоэффект возможен, если h >
А. 4. Энергия и импульс фотона - энергия Е = h = ћω = 2πћ , согласно теории отнсительности, так как у фотона нет массы покоя , т.к. он существует при υ = С тогда импульс р = mc = E/с = m с2/с = mc = h/c = h/λ. Аналогично давлению молекул в
термодинамике должно быть и давление фотонов.
Эксперимент Лебедева
Е
электрическое поле в
показал наличие
свет
Fл – по правилу
магнитного поле
давления света за
В
левой руки
вызывает движение
счет силы Лоренца.
электронов
5. Планетарная модель атома введена на основе опытов Резерфорда На экране расходящийся пучок, а 1/20000 α частица вообще отразилась от экрана – вывод –планетарная модель атома (подобие планет солнечной системы). Так как электроны, вращаясь на орбитах,
имеют ускорение, то они должны излучать энергию в виде электромагнитной волны и как
следствие упасть на ядро и нейтрализовать его. Но!! Этого не происходит, и поэтому были приняты → Постулаты Бора. 6.1. Атомная система может находиться только в особых стационарных квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная
энергия Еn . В этом состоянии атом не излучает. 6.2. Излучение света происходит при
переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Ек в положение с
меньшей энергией Еn . Энергия излучаемого фотона равна разности : h = Ек - Еn
1
7. Правило квантования Бора на каждой орбите электрон обладает определенной энергией, при этом момент количества движения электрона на орбите равен всегда me∙Ve∙ rn = hn/2π ,
где n - целое число (1,2,3,......и т.д. ) , а rn - радиус n - ой орбиты. me и Ve – масса и
скорость электрона. Энергия на 1-й орбите водорода Е1= - 13,55 Эв = 13,55*10-19 Дж
«III Практическое применение»  Применение фотоэффекта. 1.1. Вакуумные
фотоэлементы включение освещения, метро. 1.2. Полупроводниковые фотоэлементы на
основе внутреннего фотоэффекта в полупроводниках создается фото ЭДС (E = 1 - 2В) за счет
образования под действием света в полупроводнике р – n пар. Далее в области р – n перехода
создается ЭДС. 1.3. Химическое действие света – под действием света многие молекулы
расщепляются (в зеленом листе образуется крахмал, О2 ) Спектр поглощения различных
форм хлорофиллов охватывает видимую и ближайшие инфракрасные и ультрафиолетовые
области спектра : у высших растений λ = 350÷ 700нм, у бактерий λ = 350÷ 900нм.
1.4.Фотография – если на слой АgBr попадает свет, в нем образуется чистое серебро (почернение).  Лазеры – это устройство, в котором энергия, например, тепловая, химическая,
электрическая преобразуется в энергию электромагнитного поля – лазерный луч. При таком
преобразовании часть энергии теряется. Но!! Полученная энергия лазера обладает более
высоким качеством. 2.1. Назначение - создание мощных источников света в узком интервале спектра кратковременно ≈ 10-3С. Мощность излучения 1017Вт/см2, что гораздо
выше излучения Солнца (7∙103Вт/см2). Излучение может быть сфокусировано на
площади соизмеримой с длиной волны. 2.2. Состав и принцип действия – из кристалла рубина вырезается стержень  с плоскопараллельными торцами. Газоразрядная
лампа  при подаче импульса U на лампу излучается поток сине-зеленого света, который ″возбуждает″ атомы кристалла и передает их на 3-ий уровень. После этого они быстро переходят на 2-ой – накапливается определенная концентрация атомов со 2-м уровнем.
При переходе со 2-го на 1-й происходит излучение, которое многократно отражаясь от торцов усиливается за счет того, что при прохождении по кристаллу инициирует лавинный переход со 2-го на первый уровень. Получаем описанное выше излучение кратковременно.
«Световые кванты и атомная физика» типовые задачи.
1. Найти абсолютный показатель преломления среды, в которой свет с энергией фотона Е = 4.4∙10-19Дж имеет длину λ ≈ 3∙10-7 м.
2. Определить длину волны λ света, которым освещается поверхность металла, если фотоэлектроны имеют кинетическую энергию W = 4.5∙10 -20Дж, а работа выхода электрона из металла равна А = 7.6∙10 -19Дж.
3. Какова красная граница min фотоэффекта, если работа выхода электрона из
металла А = 3.3∙10 -19Дж.?
4. Излучение с длиной волны λ ≈ 3∙10-7 м падает на вещество, для которого красная
граница фотоэффекта min = 4.2∙1014 Гц. Чему равна кинетическая энергия e ?
5. Каков импульс фотона, если длина световой волны λ ≈ 5∙10-7 ?
6. Каковы скорость υ и ускорение а электрона на первой Боровской орбите, радиус
которой определяется формулой ro = 4oћ2/me2
7. На какое минимальное расстояние сблизятся при центральном ударе α - частица и
ядро олова ? Скорость α - частицы равна 109 см/с, ее масса – 6.7∙10-24кг (ядро олова
неподвижно).
8. Определить длину волны света, испускаемого атомом водорода при его переходе
из стационарного состояния с энергией Е1 = - 1.7эВ (n = 4) в состояние
Е2 = - 6.8эВ (n = 2) .
9. При каком запирающем напряжении между анодом и катодом прекратится
эмиссия с цезиевого катода, освещаемого красным светом с λ= 600нм ?
Работа выхода А = 1.8эВ
10. Считая радиус атома водорода равным 5.3∙10-11м, определить отношение скорости
электрона и скорости света, а также кинетическую и полную энергию электрона.
распространения (очевидно?)
11. В чем заключалось основное изменение, внесенное в физику атома постулатами
Бора ?