Фотон и его характеристики. Давление света

Тема урока: Фотон и его характеристики. Давление света.

 

Цель: сформировать  у учащихся представление о фотоне.

 

I.Организационный момент

  1. II. Проверка домашнего задания.
  • Что такое фотоэффект?
  • Уравнение Эйнштейна?
  • Законы фотоэффекта.

III. Изучение нового материала.

Фотон-  материальная , электрическая нейтральная частица . Энергия фотона :

E = hv

Согласно теории относительности

E =  mc2 = hv

m-масса фотона, эквивалентная энергии.

Импульс p=mc

Импульс фотона направлен по световому пучку .

Основные свойства фотона :

  1. Является частицей электромагнитного поля .
  2. Движется со скоростью света .
  3. Существует только в движении .
  4. Остановить фотон нельзя : он либо движется со скоростью v=c, либо не существует. Следовательно , масса покоя фотона равна нулю .

Таким образом , многие физики в начале XX в. Пришли к выводу , что свет обладает двумя свойствами :

1)При распространении он проявляет волновые свойства .

2)При взаимодействии с веществом проявляет корпускулярные свойства . Его свойства не сводятся ни к волнам , ни к частицам . Подтверждает закон диалектики : количество переходов в качество. Чем больше v,  тем ярче выражены квантовые свойства света и менее – волновые.

В 1873 г. Дж.Максвел, исходя из представлений об электромагнитной природе света , пришел к выводу – свет должен оказывать давление на препятствие .

Под действием электрического поля волны электрона в телах совершают колебания . Образуется электрический ток . Ток направлен вдоль напряжения электрического поля . На движущиеся электроны действует сила Лоренца со стороны магнитного поля . Сила Лоренца в сторону распространения волны это и есть сила светового давления . Для доказательства необходимо измерить это давление .

Многие ученые пытались это сделать , но безуспешно , так как  она очень мало. Впервые это удалось в 1990 г . русскому ученому П. Н . Лебедеву (1866-1912) . Прибор состоял из очень легкого стержня на тонкой стеклянной нити , по кроям приклеены легкие крылышки . Весь прибор помещен в сосуд , из которого был выкачан воздух. Свет падал на крылышки. О значение давление можно судить по углу закручивая нити .

Трудности:

1.Невозможно выкачать из сосуда весь воздух.

2.На закручивание влияет неодинаковый нагрев крылышек.

3.Отражение молекул от более нагретой стороны, передают крылышку большой импульс, чем молекулы, отражающие от менее нагретой стороны.

Лебедев сумел преодолеть все трудности. 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 .

  1. IV. Закрепление изученного материала

— Что представляет собой фотон ?

— Перечислите основные свойства фотона ?

— Напишите формулу энергии фотона ,зная частоту колебаний света , либо используя длину волны .

— Как определить массу и импульс фотона ?

— Как направлен импульс фотона?

Решение задач:

1.Определите энергию, массу и импульс фотона видимого света с длиной волны 500 нм.

2.определите длину волны фотона, импульс которого равен импульсу электрона, пролетевшего ускоряющую разность потенциалов 4,9 В.

  1. V. Подведение итогов урока.
  2. VI. Домашнее задание. § 31.