Трафимович

Давление света. Корпускулярно-волновой дуализм
Тип урока: урок усвоения новых знаний.
Вид урока: лекция-беседа.
Цель:
 Образовательная: формирование знаний по теме «Давление света.
Корпускулярно-волновой дуализм».
 Развивающая:
содействовать
развитию
интеллектуальных
способностей, развитие речи учеников, развитие умения анализировать
и устанавливать связь между элементами темы.
 Воспитательная:
воспитание
убежденности
в
познаваемости
окружающего мира; воспитание интереса к физике, активности, умения
общаться, общей культуры.
Методы обучения: словесные, наглядные, практические.
Ведущая идея урока:
Если
за
промежуток
времени
t  1 c
световая
энергия
падает
перпендикулярно на зеркальную единичную площадку, то свет оказывает на
нее давление P :
I
c
P2 .
Наличие у объекта волновых и корпускулярных свойств называется
корпускулярно-волновой дуализм.
Структура урока:
1. Организационный момент
(1 мин)
2. Проверка домашнего задания
(2 мин)
3. Актуализация опорных знаний
(10 мин)
4. Усвоение новых знаний
(25 мин)
5. Закрепление нового материала
(5 мин)
6. Домашнее задание
(2 мин)
Ход урока
Актуализация опорных знаний:
1) Что называем фотоэффектом?
Это явление взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, в
результате которого энергия излучения передается электронам вещества.
2) Понятие внешнего фотоэффекта.
Фотоэффект, который сопровождается вылетом электронов с поверхности
вещества.
3) Понятие задерживающего напряжения.
Напряжение, при котором фототок равен нулю.
4) Первый закон фотоэффекта.
Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности падающего
излучения.
5) Второй закон фотоэффекта.
Ekm фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения,
фототок линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения.
6) Третий закон фотоэффекта.
Для каждого вещества существует граничная частота  min такая, что
излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была
интенсивность падающего излучения.
7) В чем заключается сущность гипотезы Планка?
Излучение света веществом происходит не непрерывно, а порциями.
8) Работа выхода электрона?
Это работа, которую должен совершить электрон, чтобы покинуть
поверхность вещества.
Изложение нового материала:
Для того, чтобы перейти к новому материалу надо вспомнить, что такое
импульс шарика, упругий и неупругий удар и что мы называем давлением?
Импульсом тела называют физическую векторную величину, которая
совпадает по направлению со скоростью тела в данный момент времени и
равна произведению массы тела на его скорость. Изменение импульса P
равно произведению силы, действующей на данное тело за единицу времени:
P  F t
Бросили мяч о стенку – удар абсолютно упругий – модуль изменения
импульса будет равно его удвоенному импульсу:
P  2 P .
При не упругом ударе:
P  P .
Давление – скалярная физическая величина, численно равная отношению
силы, действующей по нормали к площадке, к ее площади:
P
F
.
S
При явлении отражения в механике на поверхность тела оказывается
давление. Возникает ли подобный эффект при отражении и поглощении
света?
Ответ на этот вопрос дал Максвелл. Он разработал теорию магнитного поля
и вычислил, что если за промежуток времени t  1 c световая энергия падает
перпендикулярно на зеркальную единичную площадку, то свет оказывает на
нее давление P :
I
c
P2 .
Объяснить давление света можно следующим образом: под действием
электрического поля волны электроны в телах совершают колебания.
Образуется электрический ток. Этот ток направлен вдоль напряженности
электрического поля. На упорядоченно движущиеся электроны действует
сила Лоренца F со стороны магнитного поля, направленная в сторону
распространения волны. А это и есть сила давления.
Появление квантовой теории света позволило более просто объяснить
причину светового давления. Фотоны обладают импульсом. При поглощении
их телом они передают ему свой импульс. Согласно закону сохранения
импульса импульс тела равен импульсу поглощенных фотонов. Поэтому
покоящееся тело приходит в движение. Изменение импульса тела означает
согласно второму закону Ньютона ( F 
m
), что на тело действует сила.
a
Для доказательства справедливости теории Максвелла было важно измерит
давление света. Впервые давление измерил Петр Николаевич Лебедев.
Прибор Лебедева состоял из тонкого стержня на тонкой стеклянной нити, по
краям которого были приклеены крылышки. Прибор помещался в сосуд, из
которого был выкачан воздух. Свет падал на крылышки (причем одно из
крылышек было зеркальное, а другое зачерненное, которое обеспечивало
почти полное поглощение). Свет практически полностью отражался от
зеркальной поверхности и его давление на зеркальное крылышко было вдвое
больше, чем на зачерненное. Вследствие этого создавался
момент сил,
поворачивающий устройство. По углу поворота с помощью шкалы можно
было судить о силе, действовавшей на крылышки, а следовательно измерять
световое давление.
Существование светового давления доказывает наличие у света не только
энергии, но и импульса.
В XVII в. представления о природе света были неоднозначны, Ньютон
считал, что свет – это поток частиц, а Гюйгенс – свет – это волна.
С открытием фотоэффекта стало понятно, что свет имеет волновые свойства
и корпускулярные. Наличие у объекта волновых и корпускулярных свойств
называется
корпускулярно-волновой
дуализм.
В
одних
процессах
проявляются волновые свойства, в других корпускулярные.
В 1923 г. Французский физик Луи де Бройль высказал предложение: если
световой квант обладает волновыми и корпускулярными свойствами, то
значит и другие частицы имеют такие свойства. Электрону должна
соответствовать некотороя волна, характеризуемая частотой  и длиной Á .
Такую длину волны стали называть дебройлевской длиной волны.
Де Бройль нашел, что импульс частицы должен выражаться через Á .
P
h
Á
- формула де Бройля.
Это соотношение “узаконивает” корпускулярно-волновой дуализм.
С помощью формулы де Бройля можно узнать, в каких явлениях
преобладают волновые свойства или корпускулярные.
Волновые свойства – интерференция, дифракция проявляются, когда
размеры щелей сравнимы с длиной волны.
Задача: Определите значение энергии кванта, соответствующего длине
волны света 510 нм в среде с абсолютным показателем преломления 1,7.
Д/З. §5-6.