Фотоны, формула Планка: энергия и импульс фотона

1. Фотоны, формула планка энергия и импульс фотона 11 класс

2. Дополните предложения

Квант света …
Фотоэффект – это…
Число электронов, вырываемых светом с
поверхности металл пропорционально…
Максимальная кинетическая энергия выбитых
светом электронов зависит от…
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта…
Красная граница фотоэффекта…

3.

Проблему равновесного излучения
с классических позиций решить не
удается.
1900 г., гипотеза М. Планка
Излучение и поглощение света
веществом происходит не непрерывно,
а конечными порциями или квантами
Для согласия с классической
термодинамикой и электродинамикой:
h
1905 г., гипотеза Эйнштейна: при распространении свет
ведет себя подобно совокупности частиц (световых
квантов – фотонов)
02

4.

Фотон – квант электромагнитного излучения.
Некоторые свойства фотонов
1. Не имеют заряда
2. Движутся со скоростью света
3. Существуют только в движении
4. Оказывают давление на вещество
Энергия фотона:
h
hc
= 3,19·10–19 Дж ≈ 2 эВ
Масса фотона в движении:
h
h
E h
–36 кг
=
3,55·10
m
2
2
c
c
E mc
03

5.

Импульс фотона
p m mc = 1,06·10–27 кг·м/с
h
p
c
h
При взаимодействии с веществом
фотоны могут рассеиваться, испускаться и
поглощаться.
Число фотонов не сохраняется, зато должны
выполняться законы сохранения импульса и
энергии.
04

6.

Свойст
ва
фотон
электрон
-19
Заряд
0
1,6*10
-31 Кл
Масса
m = h ν / c²
ν - частота
h – постоянная Планка
9,1*10 кг ( без учета
релятивистского
эффекта)
8
Скорость с=3*10 м/с - в вакууме Меньше скорости света
(с) в ИСО
Энергия
h
hc
h – постоянная Планка
Е= m c², m –
релятивистская масса

7.

Свойства
Импульс
фотон
электрон
h
p
c
h
р = m и,
скорость
и –
p m mc
Где наблюдается
дифракция
На
дифракционной
решетке
На кристаллах
Время жизни
Пока движется
Стабилен
Длина волны
λ(Б) = h/р
λ(Б) – длина волны
де Бройля
λ(Б) = h/р

8. Гипотеза Де Бройля - гипотеза о всеобщем характере корпускулярно-волнового дуализма

Гипотеза Де Бройля - гипотеза о
всеобщем характере корпускулярноволнового дуализма
1924, Луи Де Бройль (Louis De Broglie)
В оптических явлениях наблюдается
дуализм.
Это универсальное
свойство природы –
всем
микрообъектам
присущи
одновременно и
корпускулярные и
волновые свойства
21

9.

Энергия фотона:
Импульс
фотона:
E h
h
P mc E / c k
Если двигается частица массой m со
скоростью υ, то с частицей можно
ассоциировать волну с длиной
h
h
hc – длина волны
p m E Де Бройля
Пример:
электрон, ускоренный разностью
потенциалов в 12 кВ
E = 12 кэВ = 1,92·10–15 Дж
λ = 10–10 м
22

10. Волновые свойства частиц

Корпускулярно-волновой
дуализм – универсальное
свойство любых
материальных объектов,
проявляющееся на
микроскопическом уровне
Любой частице,
обладающей импульсом,
соответствует длина волны
де Бройля:
λБ = h/р

11. Корпускулярно-волновой дуализм

Электромагнитные волны
обладают двойственной
природой
Чем больше частота
электромагнитных волн, тем
ярче выражены квантовые
свойства и менее волновые
(закон перехода
количественных изменений в
качественные)
Корпускулярно При распространении
электромагнитных волн ярче
волновой
проявляются волновые
дуализм
свойства
При взаимодействии с
веществом ярче проявляются
квантовые свойства

12. Доказательства квантовой природы электромагнитных волн

1. Явление фотоэффекта
2. Явление фотосинтеза
3. Мутация ДНК
4. Эффект Комптона – при
прохождении
рентгеновских лучей через
вещество происходит
увеличении длины волны
(λ0) рассеянного излучения
по сравнению с длиной
волны (λ) падающего
излучения .

13. Решите задачи

Рассчитайте длину волны де
Бройля для пули массой 10 г,
летящей со скоростью 660
м/с и электрона, имеющего
скорость 2000000 м/с.
Сравнить энергию фотонов
света с длиной волны 400 нм
и рентгеновского излучения с
длиной волны 4*10(-10) м
Сколько фотонов испускает
ртутная лампа мощностью
100 Вт за 1секунду, если
длина волны света 580 нм?

14. От частного к общему

Сравните волны де Бройля в ответе №1 и
длины волн фотонов шкалы
электромагнитных волн. Сделайте вывод о
волновых свойствах частиц?
Проведите анализ ответ к задаче №2
и шкалы
электромагнитных волн, сделайте вывод о
волновых и квантовых свойствах различных
диапазонов электромагнитных волн.
Проведите анализ ответа №3 и
сделайте
вывод о количестве фотонов испускаемых
источниками света.
Почему пучки света при пересечении в
пространстве не рассеиваются?

15. Решение задач

№1
Решение: λ = h/mv,
λ=6,6*10-34/(0,01*600)=10(-34 )м – длина
волны де Бройля для пули,
λ=6,6*1034/(9,1*10-34*2*106)=0,36 нм длина волны де Бройля для электрона
№2
Решение: Е = h с / λ, Е1/Е2=
= λ2/ λ1=4*10-7/(4*10-10)=1000
Энергия фотонов рентгеновского излучения
в 1000 раз больше, чем энергия фотонов
видимого излучения.
№3 N=P*t λ/(h*c)=
=100*1*5,8*10-7/(6,6*10-34*3*108)=
=2,9*10(20) штук фотонов излучает лампа