Войти

Авторизация

Имя пользователя
Пароль *
Запомнить меня

Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №36 "Основы квантовой теории. Фотоэффект."

Конспект 36. Основы квантовой теории. Фотоэффект.
Раздел: КВАНТОВАЯ ФИЗИКА. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ


Тема: Квантовая физика


Корпускулярно-волновой дуализм – принцип, согласно которому любое тело в природе обладает одновременно свойствами частиц (корпускул) и волн. Зачастую этот принцип рассматривают на примере электромагнитных волн, которые проявляют себя в одних условиях, как волны, а в других, как частицы (корпускулы).
Замечание. Корпускулярные свойства света были подтверждены при исследовании явления фотоэффекта. Открыл фотоэффект Г. Герц, первые его полноценные исследования провел А.Г. Столетов, а объяснил с точки зрения квантовой физики А. Эйнштейн.
Гипотеза Планка. Энергия электромагнитного излучения передается не непрерывно, а отдельными порциями, которые называют квантами. Носителями квантов этой энергии являются условные элементарные частицы – фотоны.
c-36-1 – квант энергии фотона, Дж
Где ν – частота излучения, Гц
c-36-3 – постоянная Планка
c-36-4 – импульс фотона, (кг∙м)/с
Основные свойства фотона:
1) Не имеет заряда;
2) Имеет массу только в движении, масса покоя c-36-6;
3) Передает энергию и импульс.
Замечание. Поскольку электромагнитная волна (свет) действует на освещенные поверхности (передает импульс), то она оказывает и давление на поверхности, его назвали световым давлением (было открыто П.Н. Лебедевым).
Воздействие света на поверхности с различными коэффициентами отражения n:
1) Черная. Свет не отражается (поглощается), как при абсолютно неупругом ударе, c-36-8;
2) Зеркальная (белая). Свет полностью отражается, как при абсолютно упругом ударе, c-36-09. На зеркальную поверхность свет действует в два раза сильнее, чем на черную.
c-36-10
c-36-11 – cила светового давления, Н
Где c-36-12 - скорость света в вакууме
α – угол падения света на поверхность, град или рад
c-36-14– мощность излучения источника ЭМВ, как правило, лазера, Вт
c-36-15 – количество фотонов, испускаемых за время t, ед
Замечание. Световое давление максимально при перпендикулярном падении ЭМВ, т.е. α=90°.
Определение. Фотоэффект – явление испускания электронов из вещества под действием электромагнитного излучения.
Замечание. Классический эксперимент по исследованию фотоэффекта проводился А.Г. Столетовым при облучении цинковой пластинки ультрафиолетовым излучением.
c-36-18
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:
c-36-19
c-36-20
Где c-36-21 – работа выхода электрона из вещества (табл.), Дж
c-36-22 – максимальная кинетическая энергия электрона, Дж
c-36-23 кг – масса электрона
c-36-24 – максимальная скорость электрона, м/с
Замечание. Часто для измерения энергий в микромире используется единица измерения электронвольт: c-36-25.
Основные этапы эксперимента Столетова:
1) На катод и анод подается напряжение;
2) Цинковый катод облучается ультрафиолетовым излучением;
3) В результате фотоэффекта с катода вырываются фотоэлектроны и напряжением разгоняются в сторону анода, амперметр при этом регистрирует фототок. Максимальный фототок при постоянном световом потоке назвали током насыщения (c-36-26);
c-36-27 – сила тока насыщения, А
Где c-36-28 - количество фотоэлектронов, выбиваемых за время t, ед
c-36-29 Кл – элементарный заряд
4) Если на катод и анод подать напряжение обратной полярности, т.е. которое будет тормозить фотоэлектроны, то фототок в цепи может прекратиться. Напряжение, при котором фотоэлектроны прилетают на анод с нулевой скоростью, называют задерживающим напряжением (c-36-30). При его превышении фоток прекращается, т.е. фотоэлектроны не достигают анода;
c-36-31 - уравнение Эйнштейна для фотоэффекта с использованием запирающего напряжения
5) В результате эксперимента была построена зависимость фототока от напряжения между катодом и анодом – вольтамперная характеристика фотоэффекта:
c-36-32
Законы фотоэффекта:
1) Количество фотоэлектронов, выбиваемых с поверхности вещества, пропорционально интенсивности падающего излучения (при постоянной частоте). Поскольку фототок насыщения определяется количеством выбиваемых фотоэлектронов, то он тоже пропорционален интенсивности ЭМИ;
2) Максимальная скорость фотоэлектронов (кинетическая энергия) растет при увеличении частоты падающего ЭМИ и не зависит от его интенсивности. Поскольку максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется запирающим напряжением, то оно так же растет при увеличении частоты ЭМИ;
3) Существует определенная минимальная частота c-36-33 и соответствующая ей максимальная длина волны c-36-34 ЭМИ, при которых фотоэффект прекращается в независимости от интенсивности излучения. Такую c-36-34 назвали красной границей фотоэффекта.
c-36-35 – условие красной границы фотоэффекта
Основные виды фотоэффекта и его применение:
1) Внешний фотоэффект (фотоэлектронная эмиссия) – это явление вылета электронов с поверхности вещества под воздействием ЭМИ (именно этот вид и описывался выше). На внешнем фотоэффекте основан принцип работы приборов по измерению освещенности;
2) Внутренний фотоэффект проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в веществе, а в следствие и в изменении проводимости вещества при облучении. На внутреннем фотоэффекте основан принцип работы фотоэлементов.

Новости

Колектив Освітнього порталу "Внешколы" щиро вітає усіх освітян з Днем учителя! Шановні учителі, дякуємо Вам за вашу важливу і складну...
С праздником Первого сентября, Днем знаний!Уважаемые ученики, абитуриенты, учителя, преподаватели и все-все, кто стремится к знаниям, мы желаем Вам успехов...

Топ-10

Постмайданное образование Вот уже в четвёртый раз мы составляем рейтинг школ Харькова по результатам сдачи внешнего независимого оценивания (ВНО или...

© 2013-2016, All rights reserved. Образовательный портал "ВнеШколы"