|
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА Развитие квантовой теории положили начало работы Макса Планка по теории излучения черного тела, появились в 1900 году. Попытка построить теорию излучения черного тела на основе законов классической физики привела к серьезным трудностям. Чтобы достичь согласия между теорией и опытом, надо было принять, что свет излучается и поглощается отдельными порциями (квантами). Это означало, что свет имеет свойства не только волн, но и частиц. 14 декабря 1900 г. немецкий физик Макс Планк выступил на заседании Немецкого физического общества с докладом, посвященным проблеме распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Предложенное им решение проблемы стало первым шагом в создании современной физики микромира. Свет излучается и поглощается веществом не непрерывно, а отдельными порциями - квантами. Причем энергию такого кванта определяла величина E = hv, где h - постоянная Планка. По современным данным, h = 6,63·10-34 Дж·с . Однако в то время не было прямых экспериментальных доказательств существования квантов излучения. В результате идею Планка большинство физиков восприняли как «ловкий фокус», не имеет серьезных научных оснований. После открытия Планка начала развиваться новая, самая современная и глубокая физическая теория - квантовая теория. Развитие ее не завершено и по сей день. 2. Явление фотоэффекта Фотоэффект был открыт в 1887 году Генрихом Герцем, однако первые экспериментальные исследования были осуществлены российским ученым А. Г. Столєтовим. Ø Фотоэффект - явление вырывания электронов из вещества под действием света. Многочисленные эксперименты и наблюдения позволили сделать вывод: явление фотоэффекта практически безінерційне; интенсивность фотоэффекта зависит от рода металла, величины светового потока и спектрального состава излучения. Законы фотоэффекта были экспериментально установлены профессором Московского университета А. Г. Столєтовим: 1). Количество электронов, которые ежесекундно вырываются с поверхности металла, прямо пропорциональна поглощенной энергии света. 2). Максимальная кинетическая энергия вырванных электронов линейно увеличивается соответственно рост частоты света, что падает. 3). Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света, при которой еще наблюдается фотоэффект. Законы фотоэффекта простые по форме. Но зависимость кинетической энергии электронов от частоты казалась загадочной. 3. Теория фотоэффекта в 1905 году Альберт Эйнштейн предложил теорию, которая давала пояснения сразу всей совокупности экспериментальных фактов о фотоэффект. Развив и углубив идеи Планка, Эйнштейн пришел к выводу, что свет должен не только излучаться и поглощаться, но и распространяться в виде отдельных порций энергии - квантов электромагнитного поля. Эти кванты иначе называют фотонами. Эйнштейн считал, что при взаимодействии с веществом фотон ведет себя подобно частицы и передает свою энергию веществу в целом и даже не атом, а только отдельным электронам. Во время поглощения фотона металлом его энергия E = hv передается свободному электрону. Она тратится на освобождение электрона из металла - на работу выхода и передачи ему кинетической энергии. При этом энергия фотона передается электрону в металле только целиком, а сам фотон перестает существовать. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:
где hv - энергия поглощенного фотона; А - работа выхода электрона из металла; Уравнение Эйнштейна можно рассматривать как выражение закона сохранения энергии для единичного акта взаимодействия фотона с электроном. Оно позволяет объяснить все законы фотоэффекта. Кинетическая энергия фотона может быть выражена так:
а его скорость
Отсюда следует, что максимальная кинетическая энергия фотоелектрона, а следовательно, и его максимальная начальная скорость зависят от частоты света и не зависят от интенсивности света. Зарівняння hv = A скорость фотоелектрона и кинетическая энергия равны нулю. В этом случае электрон как бы «выпадает» из металла с нулевой скоростью. Имеем порог фотоэффекта:
Интенсивность света прямо пропорциональна числу фотонов nф и энергии каждого из них hv. Каждый фотон будет целиком поглощено только одним электроном. Поэтому число вырванных светом фотоэлектронов, а следовательно, и фототок насыщения пропорционален nф, т.е. интенсивности света (первый закон фотоэффекта). ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА Первый уровень 1. В чем сущность квантовых представлений о распространение и поглощение света? 2. Какие факты свидетельствуют о наличии у света корпускулярных свойств? 3. Какие факты свидетельствуют о наличии у света волновых свойств? Второй уровень 1. Какие законы фотоэффекта нельзя объяснить на основе волновой теории света? 2. Что нового внес Эйнштейн в развитие квантовых представлений по сравнению с гипотезой Планка? ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА 1. Почему за частот, меньших от красной границы, фотоэффект не наблюдается? 2. Почему для разных веществ красная граница фотоэффекта имеет разные значения? 3. Частота световой волны от первого источника в 1,5 раза больше, чем частота световой от второго. Сравните энергии фотонов, что выпускают эти источники. 1. Красная граница фотоэффекта для никеля равна 248 нм. Ли наблюдаться фотоэффект при освещении никеля светом, длина волны которого 300 нм? 200 нм? 2. Работа выхода электронов из калия равна 3,55·10-19 Дж. Определите длину волны красной границы фотоэффекта. 3. Работа выхода электронов из натрия равна 3,6·10-19 Дж. Возникает ли фотоэффект при облучении натрия видимым излучением? инфракрасным? ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ · Свет излучается и поглощается веществом не непрерывно, а отдельными порциями - квантами. · Фотоэффект - явление вырывания электронов из вещества под действием света. · Законы фотоэффекта: 1. Количество электронов, которые вырываются ежесекундно с поверхности металла, прямо пропорциональна поглощенной энергии света. 2. Максимальная кинетическая энергия вырванных электронов линейно увеличивается соответственно рост частоты света, что падает. 3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света, при которой еще наблюдают фотоэффект. · Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:
Домашнее задание 1. Подр.: § 26 (п. 1,2). 2. 3б.: Рів1 № 15.3; 15.5; 15.6; 15.13. Рів2 № 15.18; 15.19; 15.20; 15.23. Рів3 № 15.32, 15.33; 15.34; 15.35.
|
|
- кинетическая энергия, с которой электрон покидает поверхность металла.
