Фотоны. Гипотеза де Бройля - СВЕТОВЫЕ КВАНТЫ - КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Задачи урока: продолжить формирование понятия фотона; познакомить с идеей де Бройля; продолжить развитие умений использовать математические средства для описания физических явлений.

План урока

Этапы урока	Время, мин	Приёмы и методы
I. Введение учащихся в проблему урока II. Изучение и отработка нового материала: свойства фотона, гипотеза де Бройля III. Выводы. Домашнее задание	7 30—35 3—5	Работа учащихся у доски. Сообщение учителя Рассказ учителя. Работа с таблицами. Записи в тетрадях. Беседа Устное обобщение материала учителем. Запись на доске

I. На уроке продолжается формирование понятия фотона. Сначала один ученик решает задачу на уравнение Эйнштейна у доски, двое отвечают письменно по карточкам. При обсуждении решения задачи у доски осуществляется актуализация знаний о кванте света.

Какую энергию получают электроны пластинки из калия при облучении светом длиной волны 4,6 ∙ 10^-7 м? Работа выхода электрона считается известной.

Задания для письменного опроса:

1. Что называют красной границей фотоэффекта?

2. Максимальная кинетическая энергия электронов, выбитых квантами света с энергией 5 эВ, равна 1,5 эВ. Минимальная энергия фотонов, при которой возможен фотоэффект, равна: а) 1,5 эВ; б) 2,5 эВ; в) 3,5 эВ; г) 4,5 эВ; д) 5,5 эВ; е) 6,5 эВ. Выберите и обоснуйте верный ответ.

3. Что называют фотоэффектом?

4. На рисунке 120 изображены графики зависимости кинетической энергии выбитых электронов от частоты света. Для какого металла работа выхода больше? Ответ обоснуйте.

II. Рассказ учителя при изучении нового материала.

1. Для объяснения фотоэффекта была введена гипотеза о квантах, или элементарных частицах электромагнитного поля — фотонах. Энергия фотона e определяется по формуле Планка ε = hv, где v — частота электромагнитной волны.

Далее по учебнику рассматривают характеристики (скорость, импульс, энергия) фотона. Изучение свойств фотона можно подытожить с помощью таблиц 38 и 39. При этом в беседе с учениками нужно обсудить, какие характеристики имеет фотон и как соответствующие величины можно измерить или рассчитать.

Таблица 38

Частицы вещества	Частицы электромагнитного поля (фотоны)
m0 ≠ 0	m = 0
v < с	v = с
Могут при взаимодействии изменять скорость, двигаться с ускорением Обладают энергией Е = mс2 Могут иметь нулевой и ненулевой импульсы Имеют электрический заряд или не имеют заряда Выполняются законы сохранения импульса, энергии	При взаимодействии с веществом поглощаются или излучаются Обладают энергией ε = рс Не имеют нулевого импульса: р ≠ 0 Не имеют электрического заряда Выполняются законы сохранения импульса, энергии

Таблица 39

Теория фотоэффекта

2. Важным для квантовой физики является согласование волновых и квантовых представлений. На данном уроке школьники кратко знакомятся с идеями корпускулярно-волнового дуализма и гипотезой де Бройля, а также с принципом Гейзенберга.

При кратком изложении данного материала лучше не выходить за рамки учебника, но следует вернуться к этим принципиальным вопросам на последнем уроке и в следующей теме (см. подробнее [18]).

III. Домашнее задание: § 71; упр. на с. 271 (ЕГЭ); индивидуально — П., № 812, 822. Кроме этого, может быть предложена задача.

При облучении вещества светом (длина волны 5 ∙ 10^-8 м) рассеяние фотонов происходит под углом 30°. Какой импульс получает электрон при рассеянии?

Хорошо подготовленным учащимся можно дать дополнительное задание.

Доказать, что свободный электрон не может поглотить фотон. Для этого использовать законы сохранения импульса и энергии (см. § 73*, задача 4).

Для усиления мировоззренческих выводов урока целесообразно обратиться к хрестоматийному материалу. В 1900 г. выдающийся французский физик и математик А. Пуанкаре писал: “Наука состоит из фактов, как дом из кирпичей; но простое собрание фактов столь же мало является наукой, как куча кирпичей — домом... Всякое обобщение есть гипотеза. Поэтому гипотезе принадлежит необходимая, никем никогда не оспаривавшаяся роль. Она должна лишь как можно скорее подвергнуться и как можно чаще подвергаться проверке” [16, с. 91, 97]. Может ли в настоящее время на основе новых экспериментальных фактов быть отвергнута гипотеза о квантах света? Может ли знание быть абсолютно верным на все времена?