План урока "Фотон и его характеристики"
план-конспект урока по физике (11 класс)

Тема урока: Фотон и его характеристики.

Цели урока:

дать понятие о фотоне как элементарной частице электромагнитного излучения; изучить основные свойства фотона; объяснить физическую природу давления света с точки зрения электромагнитной и квантовой теорий; изучить идею опытов С. И. Вавилова;

продолжить формирование научного мировоззрения путем ознакомления с историей открытия светового давления, с опытами С. И. Вавилова;

способствовать развитию мышления, познавательного интереса, научиться отстаивать свою точку зрения, приводить нужные аргументы, четко излагать свои мысли по данной теме.

1. Организационный этап урока.

    2.  Актуализация знаний.

Физический диктант по теме « Фотоэлектрический эффект. Теория фотоэффекта»

1)  Квант света …

2) Фотоэффект – это…

3) Число электронов, вырываемых светом с поверхности металл пропорционально…

4) Максимальная кинетическая энергия, выбитых светом электронов, зависит…

5) Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта…

           6)  Красная граница фотоэффекта…

Самопроверка :

1) Квант света -  это порция энергии электромагнитного излучения.

2) Фотоэффект – это явление вырывания электронов с поверхности металла под действием света.

3) Число электронов, вырываемых светом с поверхности металл пропорционально интенсивности падающего света.

4) Максимальная кинетическая энергия, выбитых светом электронов, зависит от частоты света.

5) Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта hⱱ=Авых + mv2 /2, hⱱ – энергия кванта, А – работа выхода электронов из металла, mv2 /2 – кинетическая энергия вылетевших электронов.

6) Красная граница фотоэффекта – это минимальная частота  (максимальная длина волны) при которой фотоэффект ещё происходит с данного металла.

3.Постановкапроблемы.  Мотивация. 

Почему электромагнитные волны различных диапазонов имеют различные свойства? Может ли энергия существовать без частиц? Как объясняется давление света?

4. Изучение нового материала.

1) Опыты С.И. Вавилова.

Прочитать §54 и ответить на вопросы в конце §

Опытным доказательством фотонной теории являются опыты С. И. Вавилова, посвященные изучению флуктуации слабых световых потоков. В опытах Вавилова исследователь наблюдал пучок света, который выпускался через каждую секунду на промежуток времени 0,1 с. Если величина светового потока превышала порог чувствительности, то глаз наблюдал каждую вспышку света. При уменьшении интенсивности света некоторые вспышки уже не оказывали действия на наблюдателя. Чем меньше интенсивность света, тем больше оказывалось пропусков. Зная число попадающих в глаз импульсов, и фиксируя обнаруженные глазом вспышки, можно определить число тех импульсов, которые глаз не заметил, так как они содержали недостаточное количество квантов. Таким образом, были непосредственно обнаружены флуктуации числа фотонов в световом потоке. Трудно предложить более непосредственное доказательство корпускулярной природы света.

2) Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм.

Заполни таблицу по § 55

Таким образом, фотон, подобно любой движущейся частице, обладает энергией и импульсом, которые можно назвать корпускулярными характеристиками. Длина волны и частота- волновые характеристики фотона. Что же представляет собой свет- поток фотонов или непрерывные электромагнитные волны? Прочитать и записать в тетрадь на стр. 152: свет одновременно обладает свойствами непрерывных электромагнитных волн и свойствами дискретных фотонов.

Корпускулярно-волновой дуализм – универсальное свойство любых материальных объектов, проявляющееся на микроскопическом уровне.

Электромагнитные волны обладают двойственной природой:

Чем больше частота электромагнитных волн, тем ярче выражены квантовые свойства и менее волновые (закон перехода количественных изменений в качественные)

При распространении электромагнитных волн ярче проявляются волновые свойства. При взаимодействии с веществом ярче проявляются квантовые свойства

3) Давление света. Опыты П.Н. Лебедева.

В 1873 г. Максвелл, исходя из представлений об электромагнитной природе света, пришел к выводу: свет должен оказывать давление на препятствия. Впервые гипотеза о световом давлении была высказана еще в 1619 г. немецким ученым И. Кеплером (1571-1630) для объяснения отклонения хвостов комет, пролетающих вблизи Солнца.

Предсказанное Максвеллом существование светового давления было экспериментально подтверждено Лебедевым, который в 1900 г. измерил давление света на твердые тела, используя чувствительные крутильные весы. Оно оказалось чрезвычайно малым, 4∙10-6Па. Тем не менее, световое давление сыграло большую роль в развитии физики, особенно такого его важного раздела, как теория электромагнитного поля.

Как объяснить возникновение светового давления с позиций квантовой теории света?

Световое давление принадлежит к числу тех оптических явлений, которые могут быть объяснены с позиций квантовой теории света.

1.Опыты П.Н. Лебедева по измерению светового давления  по таблице.

В экспериментальной установке Лебедев на тонкой упругой кварцевой нити было подвешено коромысло с крылышками на концах. Крылышки были сделаны из тонкой металлической фольги. Одно крылышко было покрыто слоем сажи. Крылышки облучались мощным источником света. При поглощении света черной поверхностью крылышко получит от волны импульс р. При отражении волны от блестящей поверхности крылышко получит от волны импульс 2р.

2.Различие давления света на чёрную и зеркальную поверхности.

 Световое давление на черное крылышко в 2 раза меньше, чем на блестящее. Это приводит к повороту крылышка и закручиванию упругой нити. Зная угол поворота коромысла, его длину, площадь крылышек и упругие свойства нити Лебедев определил световое давление. Угол поворота коромысла определялся по отклонению светового луча. Однако Лебедев, проделывая данный опыт, столкнулся с побочными явлениями. В частности, наблюдался радиометрический эффект: под действием света крылышки нагреваются и при этом черное крыло нагревается сильнее блестящего. Так как температура черного крылышка выше температуры блестящего, то черное крылышко передает молекулам окружающего воздуха больший суммарный импульс, чем блестящее, и по закону сохранения импульса само получает больший импульс противоположного направления. В результате возникает закручивающий момент примерно в 1000 раз больше закручивающего момента, обусловленного световым давлением. Чтобы устранить радиометрический эффект, Лебедев поместил прибор в сосуд с вакуумом и взял очень большой сосуд и очень тонкие крылышки.

3.Объяснение давления света в квантовой теории.

Опыты Лебедева можно рассматривать как экспериментальное доказательство существования давления света и того, что фотоны обладают импульсом. Результаты, полученные Лебедевым в 1900 году, совпали со значением светового давления, полученным теоретически, и подтвердили расчеты Максвелла. Расчеты силы давления света на основе фотонной и электромагнитной теорий света дали одинаковые результаты.

5. Применение знаний. Закрепление знаний.

   1) №21 из ЕГЭ (д.в.) ответ:1,4

   2) Упр.19

6.Рефлексия.

-Что нового вы узнали?

-Было ли интересно?

7. Домашнее задание.§§54-56

Физический диктант по теме « Фотоэлектрический эффект. Теория фотоэффекта»

1)  Квант света …

2) Фотоэффект – это…

3) Число электронов, вырываемых светом с поверхности металл пропорционально…

4) Максимальная кинетическая энергия, выбитых светом электронов, зависит…

5) Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта…

           6)  Красная граница фотоэффекта…

Самопроверка :

1) Квант света -  это порция энергии электромагнитного излучения.

2) Фотоэффект – это явление вырывания электронов с поверхности металла под действием света.

3) Число электронов, вырываемых светом с поверхности металл пропорционально интенсивности падающего света.

4) Максимальная кинетическая энергия, выбитых светом электронов, зависит от частоты света.

5) Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта hⱱ=Авых + mv2 /2, hⱱ – энергия кванта, А – работа выхода электронов из металла, mv2 /2 – кинетическая энергия вылетевших электронов.

6) Красная граница фотоэффекта – это минимальная частота  (максимальная длина волны) при которой фотоэффект ещё происходит с данного металла.

Заполни таблицу по § 55

                                    Проверка