Корпускулярно волновой дуализм егэ

Корпускулярно-волновой дуализм

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц, корпускулярно-волновой дуализм, дифракция электронов.

Корпускулярно-волновой дуализм (слово дуализм означает двойственность) — это физический принцип, утверждающий, что любой объект природы может вести себя и как частица, и как волна.

С первым проявлением этого принципа мы столкнулись в предыдущем листке, когда говорили о двойственной, корпускулярно-волновой природе света. В явлениях интерференции и дифракции свет демонстрирует свою волновую природу. В явлении фотоэффекта свет выступает как дискретный поток частиц — фотонов.

Является ли свет каким-то особым объектом нашего мира, таким, что подобный дуализм присущ только ему? Или, быть может, корпускулярно-волновой дуализм — это свойство вообще всех материальных объектов, просто впервые обнаружен он был для света?

Гипотеза де Бройля

Идея об универсальной двойственности корпускулярных и волновых свойств всех объектов природы была впервые высказана Луи де Бройлем (в 1924году) в качестве гипотезы о волновых свойствах частиц.

Итак, мы знаем, что свету с частотой и длиной волны соответствуют частицы — фотоны, обладающие энергией и импульсом . Де Бройль, в сущности, постулировал обратное.

Гипотеза де Бройля. Движению каждой частицы соответствует распространение некоторой волны. Частота и длина этой волны определяются энергией и импульсом частицы:

(1)

Точно так же, любой волне с частотой и длиной волны отвечают частицы с энергией и импульсом .

Чтобы лучше осмыслить гипотезу де Бройля, давайте обсудим дуализм «волна–частица» на примере электромагнитного излучения.

В случае электромагнитных волн мы имеем следующую закономерность. По мере увеличения длины волны всё легче наблюдать волновые свойства излучения и всё труднее — корпускулярные. И наоборот, чем меньше длина волны, тем ярче выражены корпускулярные свойства излучения и тем труднее наблюдать его волновые свойства. Изменение соотношения корпускулярных и волновых свойств хорошо прослеживается при движении по известной вам шкале электромагнитных волн.

• Радиоволны.Длины волн здесь настолько велики, что корпускулярные свойства излучения практически не проявляются. Волновые свойства в этом диапазоне абсолютно доминируют.

Длины волн могут составлять несколько метров или даже километров, так что волновая природа проявляется «сама собой» — радиоволны в процессе дифракции запросто огибают дома или горы. Излучение радиоволн и их взаимодействие с материальными объектами отлично описывается в рамках классической электродинамики.

• Видимый свет и ультрафиолет. Это своего рода «переходная область»: в оптике мы можем наблюдать как волновые свойства света, так и корпускулярные.

Однако в обоих случаях надо постараться. Так, длины волн видимого света много меньше размеров окружающих нас тел, поэтому в опытах по интерференции или дифракции света нужно создавать специальные условия (малость щелей или отверстий, удалённость экрана). В свою очередь, термин «красная граница фотоэффекта» также подчёркивает пограничность данного диапазона: фотоэффект начинается лишь при переходе через красную границу.

• Рентгеновское и гамма-излучение. Длины волн очень малы, и наблюдать волновые свойства излучения весьма затруднительно. Так, верхняя граница длин волн рентгеновского излучения составляет нм; это лишь на два порядка превышает размер атома. Ясно, что дифракцию на «обычных» препятствиях при такой длине волны наблюдать невозможно.

Однако в рентгеновский диапазон входят длины волн порядка размера атома и межатомных расстояний в кристалле ( нм). Поэтому дифракция рентгеновских лучей наблюдается на «естественных» дифракционных решётках — кристаллических решётках твёрдых тел (эта идея была высказана немецким физиком Лауэ в 1912 году).

Энергия квантов в рентгеновском и гамма-диапазоне настолько велика, что излучение ведёт себя почти стопроцентно как поток частиц.

Рассуждая по аналогии с электромагнитными волнами, можно заключить, что и частица будет проявлять волновые свойства тем лучше, чем больше её длина волны де Бройля (в масштабах данной ситуации).

Так, мы совсем не наблюдаем волновых свойств у окружающих нас тел. (Видели вы, например, интерференцию движущихся автомобилей?) А почему? Давайте посчитаем длину дебройлевской волны объекта массой кг, движущегося со скоростью м/с:

м.

Это на порядков меньше размера атома. Воображение отказывается представить себе столь малую величину. Разумеется, никакого волнового поведения у нашего объекта при таких условиях не обнаруживается — он стопроцентно ведёт себя как «частица», то есть как материальная точка классической механики.

Дифракция электронов

Совсем другое дело — электрон. Масса электрона равна кг, и столь малое значение массы (а стало быть, и импульса в формуле ) может дать длину волны де Бройля, достаточную для экспериментального обнаружения волновых свойств.

И вот оказывается, что электроны с энергией эВ (при такой энергии становится несущественным хаотическое тепловое движение электронов, и электронный пучок можно считать когерентным) имеют дебройлевскую длину волны примерно нм — это как раз порядка размера атома и расстояний между атомами в кристаллической решётке! Опыт по наблюдению дифракции рентгеновских лучей на кристаллических структурах уже имелся, поэтому оставалось направить на кристаллическую решётку пучок электронов.

Впервые это было сделано в знаменитом эксперименте американских физиков Дэвиссона и Джермера (1927 год). Дифракция электронов на кристаллах была обнаружена! Как и ожидалось, полученная дифракционная картина имела тот же характер, что и при дифракции на кристаллической решётке рентгеновских лучей.

Впоследствии волновые свойства были обнаружены и у более крупных частиц: протонов, нейтронов, атомов и молекул. Гипотеза де Бройля, таким образом, получила надёжное опытное подтверждение.

Соотношение неопределённостей

Обнаружение корпускулярных свойств электромагнитных волн и волновых свойств частиц показало, что объекты микромира подчиняются необычным законам. Эти законы совершенно непривычны для нас, привыкших наблюдать за макроскопическими телами.

Наше сознание выработало некоторые образы частицы и волны, вполне пригодные для описания объектов классической физики. Частица — это маленький, локализованный в пространстве сгусток вещества. Волна — это распределённый (не локализованный) в пространстве колебательный процесс. Как же эти понятия могут совмещаться в одном объекте (например, в электроне)?

Вообразить такое действительно получается с трудом. Но что поделать — это факт. Природа оказывается намного богаче нашего воображения. В своей повседневной жизни мы находимся очень далеко от микромира, и в привычном нам диапазоне макроскопических тел природа демонстрирует свои «крайние» проявления — в виде «только частиц» или «только волн». Вот почему корпускулярные и волновые свойства представляются нам несовместимыми друг с другом. Но на самом деле это не так: в микромире оказывается, что один и тот же объект (например, электрон) легко может обладать обоими свойствами одновременно — словно человек, обладающий разными, несовместимыми на первый взгляд чертами характера.

Так, будучи частицей, электрон локализован в пространстве; но, будучи волной, локализован не в точке, а «размазан» по некоторой области. Координаты и скорость электрона не могут быть измерены одновременно сколь угодно точно. Неопределённость координаты и неопределённость соответствующей проекции импульса оказываются связанными соотношением неопределённостей Гейзенберга:

(2)

Соотношение неопределённостей (2) имеет фундаментальный характер — оно применимо к любым объектам природы. Чем точнее мы знаем координаты объекта (то есть чем в меньшей пространственной области он локализован), тем больше получается разброс значений его импульса(то есть тем с большей скоростью объект «готов вылететь» из этой области). И наоборот, чем точнее мы знаем импульс объекта, тем меньше у нас информации о том, где этот объект находится.

Но коль скоро нет возможности одновременно точно измерить координаты и скорость, то теряет смысл понятие траектории движения объекта. Механика Ньютона перестаёт работать в микромире и уступает место квантовой механике.

Корпускулярно-волновой дуализм

Квантовая физика — раздел физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.

Тепловое излучение – электромагнитное излучение, возникающее за счет внутренней энергии тела и зависящее только от температуры и оптических свойств этого тела.

В случае, если излучение находится в термодинамическом равновесии с веществом, то такое излучение называется равновесным.

Спектр такого излучения эквивалентен спектру абсолютно черного тела. Однако в общем случае тепловое излучение не находится в термодинамическом равновесии с веществом, таким образом, более горячее тело остывает, а более холодное, наоборот, нагревается.

Основные характеристики теплового излучения:

• поток излучения – отношение энергии излучения ко времени, за которое это излучение произошло;

• энергетическая светимость тела – отношение потока излучения, испускаемого телом, к площади поверхности излучателя;

• коэффициент поглощения – величина, равная отношению потока излучения, поглощенного данным телом, к потоку излучения, падающего на это тело.

Абсолютно черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее все падающее на него электромагнитное излучение произвольной длины волны ​( alpha_lambda )​ = 1.

Серое тело — это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, а зависит только от температуры ( alpha_lambda )​ < 1.

Абсолютно белое тело – тело, поглощающая способность которого равна нулю ( alpha_lambda )​ = 0.

Основные законы теплового излучения

Закон Стефана–Больцмана:
мощность излучения абсолютно черного тела прямо пропорциональна четвертой степени термодинамической температуры тела:

где ​( sigma )​ = 5,67·10^-8 Вт/(м²·К⁴) – постоянная Стефана–Больцмана.

Закон смещения Вина:
длина волны, соответствующая максимальному значению энергетической светимости абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температуре:

где ​( b )​ = 2,9·10^-3 м·К – постоянная Вина.

Закон излучения Кирхгофа:
отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химического состава:

Для объяснения световых явлений некоторые ученые во главе с И. Ньютоном считали, что свет – это поток частиц (корпускул). Другие ученые во главе с Гюйгенсом считали, что свет – это волна.

Луи де Бройль впервые выдвинул идею о том, что свет имеет двойственную природу.

Свет, как поток частиц (корпускул), проявляет себя при поглощении и излучении атомов, в других явлениях (интерференция, дифракция, поляризация, дисперсия) свет ведет себя как волна.

Гипотеза М. Планка о квантах

М. Планк выдвинул гипотезу о квантах:
энергия испускается телом не непрерывно, а отдельными порциями – квантами, энергия которых пропорциональна частоте колебаний.

где ​( h )​ – постоянная Планка, ​( h )​ = 6,62·10^-34 Дж·с.

Свет, как и любое другое электромагнитное излучение, представляет собой поток фотонов с энергией ​( varepsilon )​.

Фотоэффект

Фотоэффект был открыт в 1887 году Г. Герцем.

В опытах с электроискровыми вибраторами Герц установил, что заряженный проводник, освещенный ультрафиолетовыми лучами, быстро теряет свой заряд, а электрическая искра возникает в искровом промежутке при меньшей разности потенциалов.

Фотоэффект – это явление взаимодействия света с веществом, в результате которого энергия фотонов передается электронам вещества.

Различают внутренний и внешний фотоэффект.

Внутренний фотоэффект – изменение концентрации носителей заряда в веществе.

Внешний фотоэффект – явление вырывания электронов с поверхности вещества под действием падающего на него света.

Опыты А. Г. Столетова

В 1888 году А. Г. Столетов впервые систематически исследовал фотоэффект. Он выяснил, от чего зависит число вырванных светом с поверхности вещества электронов (фотоэлектронов) и чем определяется их скорость или кинетическая энергия. Он исследовал вещества различной природы и установил, что наиболее восприимчивы к свету металлы: никель, медь, цинк, алюминий, серебро. Для облучения электродов он использовал свет различных длин волн: красный, зеленый, синий, ультрафиолетовый.

Для исследования фотоэффекта он собрал следующую установку: в стеклянный баллон, из которого выкачан воздух, помещаются два электрода.

Внутрь баллона на один из электродов поступает свет через кварцевое «окошко», прозрачное для ультрафиолетового излучения.

На электроды подается напряжение, которое можно менять с помощью потенциометра ​( R )​ и измерять вольтметром ​( V )​.

К освещаемому электроду (катоду ​( K )​) присоединяют отрицательный полюс батареи. Под действием света этот электрод испускает электроны, которые при движении в электрическом поле образуют электрический ток.

Облучая катод светом различных длин волн, Столетов установил закономерности (законы) фотоэффекта, не утратившие своего значения до нашего времени.

При малых напряжениях не все вырванные светом электроны достигают другого электрода (анод А). Если, не меняя интенсивности излучения, увеличивать разность потенциалов между электродами, то сила тока также увеличивается. При некотором напряжении она достигает максимального значения, после чего перестает изменяться.

Вольт-амперная характеристика (зависимость силы фототока от напряжения)

Из графика видно:

1) сила фототока отлична от нуля и при отсутствии напряжения. Это означает, что часть вырванных светом электронов достигает анода и при отсутствии напряжения, т. е. фотоэлектроны при вылете обладают кинетической энергией;

2) при некотором значении напряжения ​( U_{нас} )​ между электродами сила фототока перестает зависеть от напряжения и не изменяется при увеличении напряжения. Максимальное значение силы тока ( I_{нас} ) называется током насыщения. При фототоке насыщения все электроны, покинувшие за 1 с поверхность металла, за это же время попадают на анод. Поэтому по силе фототока насыщения можно судить о числе фотоэлектронов, вылетающих с катода в единицу времени:

где ​( q_{max} )​ – максимальный заряд, переносимый фотоэлектронами; ​( n )​ – число фотоэлектронов, вылетающих с поверхности освещаемого металла; ​( e )​ – заряд электрона;

3) если катод соединить с положительным полюсом источника тока, а анод — с отрицательным, то в электростатическом поле между электродами фотоэлектроны будут тормозиться, а сила фототока уменьшаться при увеличении значения этого отрицательного напряжения. При некотором значении отрицательного напряжения ​( U_{зап} )​ (его называют запирающим или задерживающим напряжением) фототок прекращается. Это значит, что электрическое поле тормозит вырванные электроны до полной остановки, а затем возвращает их на электрод.

Согласно теореме о кинетической энергии работа задерживающего электрического поля равна изменению кинетической энергии фотоэлектронов:

Законы внешнего фотоэффекта

• Закон Столетова:
  количество электронов, выбиваемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света и не зависит от частоты падающего света.
• Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения, а определяется только его частотой.
• Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта, т. е. минимальная частота света, ниже которой фотоэффект невозможен.

«Красная граница» фотоэффекта – наименьшая частота (наибольшая длина волны), при которой начинается фотоэффект:

С уменьшением частоты падающего света (увеличением длины волны) энергия падающих квантов при некоторой частоте (длине волны) может стать равной работе выхода электрона из металла.

«Красная граница» фотоэффекта зависит только от работы выхода электрона из вещества.

Фотоэффект практически безынерционен. Он наступает через 10^-9 с от момента освещения катода.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Теоретическое обоснование законов фотоэффекта было дано А. Эйнштейном.

При падении на металл энергия фотона расходуется на совершение работы выхода электрона из металла и на сообщение ему кинетической энергии:

Если частота световой волны меньше «красной границы» фотоэффекта, то энергии фотона не хватит для того, чтобы вырвать электрон с поверхности металла. Фотоэффект наблюдаться не будет:

Если частота световой волны равна «красной границе» фотоэффекта, то энергии фотона хватит для того, чтобы вырвать электрон с поверхности металла, но не хватит для того, чтобы сообщить электрону кинетическую энергию. Фотоэффект наблюдаться не будет:

Если частота световой волны больше «красной границы» фотоэффекта, то энергии фотона хватит для того, чтобы вырвать электрон с поверхности металла и сообщить ему кинетическую энергию. Фотоэффект будет наблюдаться: .

Фотоны

Электромагнитное излучение имеет квантовый характер, т. е. излучается и поглощается веществом в виде отдельных частиц электромагнитного поля – фотонов.

Основные свойства фотона:

• является частицей электромагнитного поля;
• движется со скоростью света;
• существует только в движении;
• масса покоя равна нулю;
• заряд равен нулю.

Равенство нулю массы фотона означает невозможность его нахождения в покоящемся состоянии. Фотон всегда движется, причем только со скоростью света.

Масса фотона:

согласно теории относительности ​( E=mc^2,E=hnu, )​

Энергия фотона

Энергия фотона: 

Импульс фотона

Импульс фотона:

Давление света

Максвелл на основе электромагнитной теории света предсказал, что свет должен оказывать давление на препятствия.

Под действием электрического поля волны, падающей на поверхность тела, например металла, свободный электрон движется в сторону, противоположную вектору ​( vec{E} )​.

На движущийся электрон действует сила Лоренца, направленная в сторону распространения волны. Суммарная сила, действующая на электроны поверхности металла, и определяет силу светового давления.

Для доказательства справедливости теории Максвелла было важно измерить давление света. Многие ученые пытались это сделать, но безуспешно, так как световое давление очень мало. В яркий солнечный день на поверхности площадью 1 м² действует сила, равная всего лишь 4·10^-6 Н.

Впервые давление света измерил русский физик Петр Николаевич Лебедев в 1900 г. Прибор Лебедева состоял из очень легкого стерженька на тонкой стеклянной нити, по краям которого были приклеены легкие крылышки. Весь прибор помещался в сосуд, откуда был выкачан воздух. Свет падал на крылышки, расположенные по одну сторону от стерженька. О значении давления можно было судить по углу закручивания нити. Трудность точного измерения давления света была связана с невозможностью создать вакуум (движение молекул воздуха, вызванное неодинаковым нагревом крылышек и стенок сосуда, приводит к возникновению дополнительных вращающих моментов). На закручивание нити влияет и неодинаковый нагрев сторон крылышек (сторона, обращенная к источнику света, нагревается сильнее, чем противоположная сторона). Молекулы, отражающиеся от более нагретой стороны, передают крылышку больший импульс, чем молекулы, отражающиеся от менее нагретой стороны.

Лебедев сумел преодолеть все эти трудности, взяв очень большой сосуд и очень тонкие крылышки. Полученное значение совпало с предсказанным Максвеллом. Впоследствии после трех лет работы Лебедеву удалось осуществить еще более тонкий эксперимент: измерить давление света на газы.

Появление квантовой теории света позволило более просто объяснить причину светового давления. Фотоны, подобно частицам вещества, имеющим массу покоя, обладают импульсом. При поглощении их телом они передают ему свой импульс. Согласно закону сохранения импульса импульс тела становится равным импульсу поглощенных фотонов. Поэтому покоящееся тело приходит в движение. Изменение импульса тела означает, согласно второму закону Ньютона, что на тело действует сила.

Важно!
Опыты Лебедева можно рассматривать как экспериментальное доказательство того, что фотоны обладают импульсом.

Хотя световое давление очень мало в обычных условиях, оно является существенным в недрах звезд. При температуре в несколько десятков миллионов Кельвинов давление электромагнитного излучения достигает громадных значений и совместно с гравитационными силами обеспечивает стабильное состояние звезд.

Давление света, согласно электродинамике Максвелла, возникает из-за действия силы Лоренца на электроны среды, колеблющиеся под действием электрического поля электромагнитной волны. С точки зрения квантовой теории давление появляется в результате передачи телу импульсов фотонов при их поглощении:

где ​( rho )​ – коэффициент отражения, ​( N )​ – количество всех фотонов, падающих на единицу поверхности в единицу времени.

Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц. Корпускулярно-волновой дуализм

Корпускулярно-волновой дуализм:

• корпускулярная теория Ньютона (1675);
• волновая теория Гюйгенса (1678).

Согласно корпускулярной теории Ньютона светящиеся тела испускают мельчайшие частицы – корпускулы, которые летят прямолинейно по всем направлениям. Доказательством корпускулярной теории являются фотоэффект, излучение черного тела.

Согласно волновой теории Гюйгенса светящиеся тела вызывают в окружающей среде упругие колебания, которые распространяются в эфире подобно звуковым волнам в воздухе. Доказательством волновой теории Гюйгенса являются интерференция, дифракция, поляризация света.

Однако это не означает, что свет излучается как поток частиц, затем превращается в волну и распространяется волной, а при поглощении опять превращается в поток частиц – фотонов. Свет одновременно обладает и волновыми, и корпускулярными свойствами. Такое сочетание свойств обозначается термином корпускулярно-волновой дуализм.

Корпускулярными характеристиками света являются энергия и импульс, волновыми – частота или длина волны.

Уравнения, связывающие корпускулярные и волновые характеристики света: 

Гипотеза де Бройля

После того как представления о двойственных свойствах света подтвердились, было высказано предположение о том, что корпускулярно-волновая двойственность свойств характерна не только для фотонов, но и для частиц вещества – электронов, протонов, нейтронов, а также атомов, молекул и атомных ядер – т. е. движение любых частиц, имеющих энергию ​( varepsilon )​ и импульс ​( p )​, можно рассматривать с помощью теории волн. При этом движущаяся частица представляется как волна с частотой:

Позже эти волны получили название волн де Бройля в честь французского ученого Луи де Бройля, высказавшего это предположение.

Корпускулярно-волновая двойственность света характерна для электромагнитного поля и имеет универсальный характер.

Дифракция электронов

Дифракция электронов является опытным доказательством гипотезы де Бройля о волновых свойствах частиц.

Опыт К. Дэвиссона и Л. Джермера (1927)

Общим условием дифракции является соизмеримость длины падающей волны с расстоянием между рассеивающими центрами: ​( lambdaapprox d )​.

В качестве дифракционной решетки использовалась кристаллическая решетка никеля, расстояние между атомами которого ​( d )​ ≈ 2·10^-10 м. Пучок ускоренных электрическим полем электронов с длиной волны ​( lambda )​ ≈ 10^-10 м направлялся под углом ​( varphi )​ на поверхность кристалла никеля. Полученная дифракционная картина и явилась доказательством наличия у электронов волновых свойств.

Основные формулы по теме «Корпускулярно-волновой дуализм»

Скачать материал

Скачать материал

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ
  Подготовка к ЕГЭ

• 

  2 слайд

  Цель: повторение основных понятий, законов и формул
  КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОГО ДУАЛИЗМ А
  в соответствии с кодификатором ЕГЭ.
  Элементы содержания, проверяемые на ЕГЭ 2010:

  Гипотеза М.Планка о квантах
  Фотоэффект
  Опыты А.Г.Столетова
  Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
  Фотон
  Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц
  Дифракция электронов

• 

  3 слайд

  Гипотеза М.Планка о квантах
  Абсолютно черное тело обладает свойством поглощать всю падающую на его поверхность лучистую энергию любого спектрального состава.
  Интегральная светимость R(T) абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры T:
  Гипотеза Планка: процессы излучения и поглощения нагретым телом электромагнитной энергии, происходят не непрерывно, как это принимала классическая физика, а конечными порциями – квантами.
  Модель абсолютно черного тела
  Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом.
  Энергия кванта E прямо пропорциональна частоте света:
  где h – так называемая постоянная Планка, равная h = 6,626·10–34 Дж·с.

• 

  4 слайд

  Фотоэффект
  Фотоэффектом называют вырывание электронов из вещества под действием света.
  Фотоэффект был открыт Г. Герцем (1887 г.).
  Теория фотоэффекта была развита А. Эйнштейном (1905 г.) на основе квантовых представлений.
  Классическая волновая теория света оказалась неспособной объяснить закономерности этого явления.

• 

• 

  6 слайд

  Законы фотоэффекта
  Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности.
  Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.
  Фотоэффект практически безынерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν > νmin.
  Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, т. е. наименьшая частота νmin, при которой еще возможен внешний фотоэффект.
  Ток насыщения
  Задерживающее напряжение

• 

  7 слайд

  Зависимость запирающего потенциала Uз от частоты ν падающего света
  Зависимость силы фототока от приложенного напряжения.

• 

  8 слайд

  Опыты А.Г.Столетова
  В 1888 г. русский физик А.Г.Столетов переоткрыл и подробно изучил явление внешнего фотоэффекта.
  Для своих опытов с фотоэффектом Столетов сконструировал особый прибор — вакуумный фотоэлемент.
  Два металлических диска
  Электрический фонарь Дюбоска
  Зеркальный гальванометр
  Лампа с вольтовой дугой
  Гальванические батареи

• 

  9 слайд

  Выводы Столетова А.Г.
  Лучи вольтовой дуги, падая на поверхность отрицательно заряженного тела, уносят с него заряд…
  Это действие лучей есть строго униполярное, положительный заряд лучами не уносится.
  Разряжающим действием обладают — если не исключительно, то с громадным превосходством перед прочими — лучи самой высокой преломляемости, недостающие в солнечном спектре (λ = 295•10–6 мм). Чем спектр обильнее такими лучами, тем сильнее действие.
  Для разряда лучами необходимо, чтобы лучи поглощались поверхностью тела…

• 

  10 слайд

  Выводы Столетова А.Г.
  Разряжающее действие лучей обнаруживается даже при весьма кратковременном освещении, причем между моментом освещения и моментом соответственного разряда не протекает заметного времени.
  Разряжающее действие, при одинаковых условиях, пропорционально энергии активных лучей, падающих на разряжаемую поверхность.
  Каков бы ни был механизм активно-электрического разряда, мы вправе рассматривать его как некоторый ток электричества…
  Активно-электрическое действие усиливается с повышением температуры

• 

  11 слайд

  Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
  Работа выхода A
  где c – скорость света, λкр – длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта.
  h = 4,136·10–15 эВ·с – постоянная Планка;
  Кинетическая энергия электронов
  Энергия фотонов
  E = hν

• 

  12 слайд

  Фотон
  Фотон — (от греч. phos, родительный падеж photós – свет), элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света).
  Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света.
  Заряд фотона равен нулю
  Энергия фотона
  Импульс фотона
  E = hν
  m = 0

• 

  13 слайд

  Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц
  Корпускулярно-волновой дуализм присущ всем частицам — электронам, протонам, атомам и так далее, причём количественные соотношения между волновыми и корпускулярными свойствами частиц те же, что и для фотонов.
  Таким образом, если частица имеет энергию E и импульс p, то с ней связана волна,
  частота которой
  f = E / h
  длина волны
  λ = h / p.
  Эти волны и получили название волн де Бройля.

• 

  14 слайд

  Дифракция электронов
  Томсон наблюдал дифракционную картину, возникающую при прохождении пучка электронов через тонкую поликристаллическую фольгу из золота
  В случае (b) видны точки попадания отдельных электронов на фотопластинку
  Длина волны де Бройля для электрона

  Упрощенная схема опытов Дж. Томсона по дифракции электронов
  Накаливаемый катод
  Анод
  Фольга из золота
  Картина дифракции электронов на поликристаллическом образце
  а) — при длительной экспозиции
  b) — при короткой экспозиции

• 

  15 слайд

  Рассмотрим задачи:
  ЕГЭ 2001-2010 (Демо, КИМ)
  ГИА-9 2008-2010 (Демо)

• 

  16 слайд

  (ЕГЭ 2002 г., Демо) А22. Масса Солнца уменьшается за счет испускания
  только заряженных частиц
  только незаряженных частиц
  только электромагнитных волн различного диапазона
  частиц и электромагнитных волн

• 

  17 слайд

  (ЕГЭ 2003 г., демо) А23. На рисунке приведены варианты графика зависимости максимальной энергии фотоэлектронов от энергии падающих на фотокатод фотонов. В каком случае график соответствует законам фотоэффекта?
  1
  2
  3
  4

• 

  18 слайд

  (ЕГЭ 2004 г., демо) А19. Энергия фотона равна

• 

  19 слайд

  (ЕГЭ 2004 г., демо) А27. Волновыми свойствами
  обладает только фотон
  обладает только электрон
  обладают как фотон, так и электрон
  не обладают ни фотон, ни электрон

• 

  20 слайд

  (ЕГЭ 2005 г., ДЕМО) А23. Фотоны с энергией 2,1 эВ вызывают фотоэффект с поверхности цезия, для которого работа выхода равна 1,9 эВ. Чтобы максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличилась в 2 раза, нужно увеличить энергию фотона на
  0,1 эВ
  0,2 эВ
  0,3 эВ
  0,4 эВ

• 

  21 слайд

  (ЕГЭ 2007 г., ДЕМО) А25. Энергия фотона, поглощаемого атомом при переходе из основного состояния с энергией E0 в возбужденное состояние с энергией E1, равна

• 

  22 слайд

  (ЕГЭ 2007 г., ДЕМО) А29. Красная граница фотоэффекта исследуемого металла соответствует длине волны кр = 600 нм. При освещении этого металла светом длиной волны  максимальная кинетическая энергия выбитых из него фотоэлектронов в 3 раза меньше энергии падающего света. Какова длина волны  падающего света?
  133 нм
  300 нм
  400 нм
  1200 нм

• 

  23 слайд

  (ЕГЭ 2008 г., ДЕМО) А29. В опытах по фотоэффекту взяли пластину из металла с работой выхода 3,4⋅10–19 Дж и стали освещать ее светом частоты 6⋅1014 Гц. Затем частоту уменьшили в 2 раза, одновременно увеличив в 1,5 раза число фотонов, падающих на пластину за 1 с. В результате этого число фотоэлектронов, покидающих пластину за 1 с,
  увеличилось в 1,5 раза
  стало равным нулю
  уменьшилось в 2 раза
  уменьшилось более чем в 2 раза

• 

  24 слайд

  (ЕГЭ 2009 г., ДЕМО) А23. Фотоэффект наблюдают, освещая поверхность металла светом фиксиро-ванной частоты. При этом задерживающая разность потенциалов равна U. После изменения частоты света задерживающая разность потенциалов увеличилась на ΔU = 1,2 В. На сколько изменилась частота падающего света?
  1,8·1014 Гц
  2,9·1014 Гц
  6,1·1014 Гц
  1,9·1015 Гц

• 

  25 слайд

  (ЕГЭ 2010 г., ДЕМО) А23. Дан график зависимости числа нераспавшихся ядер эрбия от времени. Каков период полураспада этого изотопа?
  25 часов
  50 часов
  100 часов
  200 часов

• 

  26 слайд

  (ЕГЭ 2010 г., ДЕМО) А23.
  Для опытов по фотоэффекту взяли пластину из металла с работой выхода 3,4⋅10–19 Дж и стали освещать ее светом частоты 6⋅1014 Гц. Затем частоту уменьшили в 2 раза, одновременно увеличив в 1,5 раза число фотонов, падающих на пластину за 1 с. В результате этого число фотоэлектронов, покидающих пластину за 1 с,
  увеличилось в 1,5 раза
  стало равным нулю
  уменьшилось в 2 раза
  уменьшилось более чем в 2 раза

• 

  27 слайд

  Используемая литература
  Берков, А.В. и др. Самое полное издание типовых вариантов реальных заданий ЕГЭ 2010, Физика [Текст]: учебное пособие для выпускников. ср. учеб. заведений / А.В. Берков, В.А. Грибов. – ООО «Издательство Астрель», 2009. – 160 с.
  Касьянов, В.А. Физика, 11 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / В.А. Касьянов. – ООО «Дрофа», 2004. – 116 с.
  Квантовая физика. Электронный каталог учебных таблиц / http://www.posobiya.ru/SREDN_SKOOL/PHISIC/N131/index.html
  Мякишев, Г.Я. и др. Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / учебник для общеобразовательных школ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев . –» Просвещение «, 2009. – 166 с.
  Опыт Столетова А.Г. PHYSBOOK.RU/ http://www.physbook.ru/index.php/%D0%9E%D0%BF%D1%8B%D1%82_%D0%A1%D1%82%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0_%D0%90.%D0%93.
  Открытая физика [текст, рисунки]/ http://www.physics.ru
  Подготовка к ЕГЭ /http://egephizika
  Полный комплект цветных таблиц по физике. Весь курс средней школы 100 таблиц формата А1. . Издательство ВАРСОН / http://www.varson.ru/physics_ser9kvant.html
  Федеральный институт педагогических измерений. Контрольные измерительные материалы (КИМ) Физика //[Электронный ресурс]// http://fipi.ru/view/sections/92/docs/
  Фотон. Большая советская энциклопедия. Яндекс-словари / http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00085/02500.htm
  Фотоэффект. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов / http://school-collection.edu.ru/catalog/search/?text=%D4%EE%F2%EE%FD%F4%F4%E5%EA%F2&tg=

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 153 956 материалов в базе

• Выберите категорию:

• Выберите учебник и тему

• Выберите класс:

• Тип материала:

  • Все материалы

  • Статьи

  • Научные работы

  • Видеоуроки

  • Презентации

  • Конспекты

  • Тесты

  • Рабочие программы

  • Другие методич. материалы

Найти материалы

Вам будут интересны эти курсы:

• Курс повышения квалификации «Информационные технологии в деятельности учителя физики»

• Курс повышения квалификации «Подростковый возраст — важнейшая фаза становления личности»

• Курс повышения квалификации «История и философия науки в условиях реализации ФГОС ВО»

• Курс профессиональной переподготовки «Логистика: теория и методика преподавания в образовательной организации»

• Курс профессиональной переподготовки «Организация менеджмента в туризме»

• Курс повышения квалификации «ЕГЭ по физике: методика решения задач»

• Курс профессиональной переподготовки «Управление ресурсами информационных технологий»

• Курс профессиональной переподготовки «Разработка эффективной стратегии развития современного вуза»

• Курс повышения квалификации «Актуальные вопросы банковской деятельности»

• Курс профессиональной переподготовки «Деятельность по хранению музейных предметов и музейных коллекций в музеях всех видов»

• Курс профессиональной переподготовки «Управление информационной средой на основе инноваций»

• Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности специалиста оценщика-эксперта по оценке имущества»

• Курс профессиональной переподготовки «Информационная поддержка бизнес-процессов в организации»

Каталог заданий.
Корпускулярно-волновой дуализм

Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

Пройти тестирование по этим заданиям

Физика: Универсальный справочник

При выполнении заданий уровня А нужно поставить знак «х» в клеточку, номер которой соответствует номеру выбранного варианта ответа.

A1

1

2

3

4

А1. Слово «фотон» в физике означает

1) прибор для фотографирования

2) луч света

3) единицу измерения интенсивности света

4) элементарную частицу, являющуюся квантом электромагнитного излучения.

A2

1

2

3

4

А2. Постоянная Планка определяется в физике как

1) порция света

2) единица измерения энергии

3) квант действия

4) элементарная частица

A3

1

2

3

4

АЗ. Чему равен импульс фотона красного света (λ = 630 нм)? Как он отличается от фотона фиолетового света (λ = 400 нм)? Выберите правильный ответ

A4

1

2

3

4

А4. Формула де Бройля, являющаяся математическим выражением идеи о волновых свойствах любых микрочастиц, имеет вид

A5

1

2

3

4

А5. Укажите, какая из длин волн спектра излучения ртутной лампы может вызвать фотоэффект в металле с красной границей фотоэффекта λк = 500 нм

1) 436 нм

2) 546 нм

3) 577 нм

4) 579 нм

A6

1

2

3

4

A6. Длина волны де Бройля медленных электронов с энергией около 100 эВ, использованных в опытах К. Дэвиссона и Л. Джермера по обнаружению дифракции электронов составляла

1) 5,2 А

2) 1,23 А

3) 3,1 А

4) 0,51 А

A7

1

2

3

4

А7. Длина волны де Бройля шарика массой 1 г, движущегося со скоростью 1 см/с составляет

1) 8,1 • 10-26 см

2) 16,6 • 10-25 см

3) 5 • 10-20 см

4) 6,6 • 10 -27 см.

Часть 2

Ответом к заданиям В1—В7 будет некоторое число. Это число нужно записать без указания единиц измерения физических величин.

В1. Определите энергию пучка синего света с длиной волны λ = 450 нм, состоящего из 10 фотонов.

В2. Какова релятивистская масса эквивалентна энергии фотона рентгеновского излучения с λ = 10 нм?

ВЗ. Какова длина волны де Бройля α-частицы, движущейся со скоростью 30000 км/с? Импульс частицы можно вычислять по классической формуле.

В4. Какова красная граница фотоэффекта для платины, если работа выхода электронов А = 1 · 10-18 Дж?

В5. Красная граница фотоэффекта для вольфрама λк = 275 нм. Найдите наибольшую скорость фотоэлектронов, вылетающих из вольфрама при освещении его светом с λ = 180 нм.

В6. Найдите работу выхода электронов из металла, если фотоэффект начинается при частоте падающего света 6 · 1014 с1.

В7. Заряженная частица, прошедшая разность потенциалов 200 В имеет длину волны де Бройля, равную 0,0202 А. Заряд частицы равен заряду электрона. Какова масса частицы?

---

Корпускулярно-волновой дуализм. Подготовка к ЕГЭ (презентация).

Целевая аудитория: для 11 класса

Автор: Попова И.А.
Место работы: МОУ СОШ № 30 г. Белово
Добавил: rina

© 2007 — 2023 Сообщество учителей-предметников «Учительский портал»
Свидетельство о регистрации СМИ: Эл № ФС77-64383 выдано 31.12.2015 г. Роскомнадзором.
Территория распространения: Российская Федерация, зарубежные страны.
Учредитель / главный редактор: Никитенко Е.И.

---

Сайт является информационным посредником и предоставляет возможность пользователям размещать свои материалы на его страницах.
Публикуя материалы на сайте, пользователи берут на себя всю ответственность за содержание этих материалов и разрешение любых спорных вопросов с третьими лицами.
При этом администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта.
Если вы обнаружили, что на сайте незаконно используются материалы, сообщите администратору через форму обратной связи — материалы будут удалены.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы пользователями сайта и представлены исключительно в ознакомительных целях. Использование материалов сайта возможно только с разрешения администрации портала.

---

Фотографии предоставлены