Фундаментальні досліди з квантової оптики та їх висвітлення в шкільному курсі фізики (стр. 10 из 11)
Задачі для розв’язування на уроці.
1. назвіть характерні властивості частинок речовини та частинок електромагнітного поля(фотонів).
2. Знайдіть частоту й довжину хвилі випромінювання, маса фотона якого дорівнює масі спокою електрона (Відповідь: 1.24*1020Гц; 2.43 пм);
3. чому дорівнює імпульс фотона, енергія якого дорівнює 3 еВ.(Відповідь 1.6*10-27кг*м/с).
До конспекту учнів.
Корпускулярно-хвильовий – це прояв у одного і того самого об’єкта як корпускулярних, так і хвильових властивостей.
Домашнє завдання:П- 56, Підготуватися до самостійної роботи.
Додаток 4
План-конспект уроку, з фізики.
Тема заняття: Тиск світла.
Мета заняття: Сформувати знання про тиск світла.
Тип уроку: комбінований урок.
Демонстрації: дослід Лебедєва.
Перевірка знань
1. Як ви розумієте двоїсту природу світла?
2. В яких явищах виявляються хвильові властивості світла, а вяких процесах – корпускулярні?
3. Які явища можна пояснити як хвильовою, так і квантовою теоріями?
Викладення нового матеріалу
На основі електромагнітної теорії світла Д.Максвелл передбачив, що світло повинно чинити тиск на перепони. Існування світлового тиску випливає також з квантової теорії світла. Якщо фотон має масу
, то під час зіткнення його з поверхнею твердого тіла може відбутися або поглинання фотона або його відбивання. В першому випадку зміна імпульсу фотона дорівнює: 
, а в другому – вона в два рази більша: 
. Тому за однакової густини потоку світлового випромінювання тиск світла на дзеркальну поверхню повинен бути в двічі більшим за тиск на чорну поверхню яка поглинає світло.Багато вчених намагалися виміряти тиск світла, однак їм це не вдавалося, оскільки світловий тиск дуже малий.
В яскравий сонячний день на 1м2 діє сила всього лише 4*10-8Н. Вперше тиск світла поміряв російський фізик П.М.Лебедєв лише в 1900р.
В дослідах Лебедєва однакові світлові потоки напрямлялися на два легенькі металеві диски, підвішені на тонкій нитці. Один диск був дзеркальним і відбивав падаюче на нього світло, другий – чорний, який його поглинав. В розі одночасного освітлення двох дисків відбувалось їх повертання навколо вертикальної осі.За кутом закручення пружної нитки підвісу можна було виміряти момент сил, які викликали цей поворот. Закручування нитки підвісу відбувалося в напрямі, що відповідав більшій силі тиску світла на дзеркальний диск якій відбивав світло.
Одержане вченими значення тиску світла збігалося з тим, яке передбачив Максвелл. Пізніше, після трьох років наполегливої праці, Лебедєву вдалося здійснити ще тонший експеримент виміряти тиск світла на гази.
Досліди Лебедєва можна розглядати як експериментальне доведення того що фотони мають імпульс. Закон збереження імпульсу – загальний. Він справедливий як для звичайної речовини так і для фотонів – квантів електромагнітного поля.
Сила світлового тиску в природних умовах не завжди мізерно мала порівняно з іншими силами. В надрах зірок за температури в кілька десятків мільйонів К тиск електромагнітного випромінювання повинен досягати величезних значень і саме цей тиск перешкоджає необмеженому стисканню зірок.
Закріплення вивченого матеріалу.
1.Хто вперше провів дослід на визначення тиску свівтла?
Домашнє завдання. Параграф 73.
Додаток 5
План-конспект уроку, з фізики.
Тема заняття: Заломлення світла.
Мета заняття:Сформувати знання про заломлення світла.
Тип уроку:Проблемний урок.
Демонстрації: 1 Прямолінійне поширення світла
2. Відбивання світла.
3. Заломлення світла
Вивчення нового матеріалу.
Створення проблемної ситуації.
Нехай ми маємо перед собою дві порожні склянки. Наллємо в одну до половини води, а потім опустимо в обидві склянки олівці (по одному в кожен). І що ми побачимо? Олівець опущений у склянку з водою здається переломленим на межі між водою і повітрям?
Формування проблеми.
Як можна пояснити, що олівець в склянці з водою стає переломленим, в той час коли олівець в порожній склянці залишається незмінним?
Розробка робочих гіпотез.
· Олівець переламали перед дослідом;
· У воду добавили безбарвної речовини щоб виникло враження переламаного олівця;
· Це пов’язано з властивістю світла при проходженні через різні середовища;
Перевірка робочих гіпотез.
· Виймаємо олівець і демонструємо що він цілий;
· Беремо іншу склянку і наливаємо води з крана;
· Спостерігаємо це саме явище при переході променя з повітря у воду, і з води в повітря.
Аналіз
Перші дві гіпотези виявились неправильними, а третя правильною. Звідси можна зробити висновок: при переходженні світла через межу поділу двох середовищ воно змінює свій напрям і це явище називається заломлення світла.
Дослід показує, що при переході променя з повітря в скло або воду кут заломлення менший від кута падіння це можна схематично зобразити на малюнку. З малюнка також видно, що падаючий і заломлений промені лежать в одній площині. З перпендикуляра проведеного з поверхні поділу двох середовищ у її падіння променя.
Учні також зможуть пояснити в якому випадку світло проходячи через межу поділу двох середовищ не заломлюється, коли промінь падає під кутом 00 або коли оптичні властивості середовища однакові.
Повернення до проблемної ситуації.
Таким чином ми з’ясували що при переході променя з одного середовища в інше світло заломлюється.
Заломлення світла є причиною того що:γ
· олівець у склянці з водою здається переломлений;
· глибина водойми уявляється меншою ніж є насправді;
· через заломлення світла в атмосфері Землі ми бачимо зорі, Сонце вище від їх справжнього положення.
Закріплення нового матеріалу
Запитання до учнів
1. Які приклади ви можете навести на підтвердження прямолінійного поширення світла?
2. Чому утворення тіні доказом прямолінійного поширення світла?
3. Що таке тінь і півтінь?
4. Чим зумовлене заломлення світла на межі розділу двох прозорих середовищ?
Домашнє завдання. Опрацювати параграф „Заломлення світла”.
Додаток 6
План-конспект уроку, з фізики.
Тема заняття:Закони фотоелектричного ефекту.
Мета заняття:
1. Навчальна: Сформувати знання про закони фотоелектричного ефекту.
2. Розвиваюча: розвивати у школярів увагу та уміння здійснювати самоконтроль.
3. Профорієнтаційна: формувати в учнів стійкі професійні інтереси.
Тип уроку:Комбінований урок.
Хід уроку.
Вивчення нового матеріалу.(Розповідь вчителя)
Одним із явищ яке підтверджує гіпотезу існування фотонів, є фотоелектричний ефект.
Під час проведення дослідів з метою одержання електромагнітних хвиль Г.Герц у 1887р. помітив, що опромінювання ультрафіолетовим світлом негативно зарядженого електрод сприяє виникненню іскри у просторі між електродами.
Суть явища, виявленого Герцом полягає в тому що при освітленні ультрафіолетовим випромінюванням негативно заряджені металеві тіла втрачають негативний заряд. При освітленні тим же промінням позитивно зарядженого тіла втрати електричного заряду не спостерігається крім того, якщо не заряджене тіло освітлювати, то за певних умов воно заряджається позитивно.
Після відкриття електрона в 1897р. Ф.Ленард і Дж.Дж.Томсон довели експериментально, що під дією світла відбувається звільнення електронів з металів.
Явище звільнення електронів з речовини при освітленні її світлом називається фотоелектричним ефектом (фотоефектом). Розрізняють зовнішній і внутрішній фотоефект. При зовнішньому фотоефекті електрони звільняються світлом з поверхневого шару речовини і переходять в інше середовище або вакуум.
Мал. 1
При внутрішньому фотоефекті відбувається перерозподіл електронів за енергетичними станами в конденсованих середовищах при поглинанні ними світла. У цьому випадку електрична нейтральність тіла не порушується.
Електрони, звільнені під дією світла називаються фото-електронами. Фотоелектричні властивості мають не тільки метали але й діелектрики, напівпровідники та електроліти, при чому необхідною але не достатньою умовою фотоефекту є помітне поглинання світла поверхневим шаром освітлюваного тіла. Для обгрунтування гіпотези фотонів основне значення має зовнішній фотоефект.Явище фотоефекту – один із проявів взаємодії світла із речовиною, який розкриває квантову природу світла. Перші дослідження цього явища належать Хальваксу.
На (рис.1) показана схема експериментальної установки для дослідження фотоефекту. Світло через кварцове віконце О попадає на катод К, виготовлений з досліджуваного металу. Фотоелектрони, звільнені при освітленні катода, під дією електричного поля між катодом і анодом рухається до анода А, створюючи фотострум. Катод і анод розміщені у вакуумній трубці Т. Напруга між ними змінюється за допомогою потенціометра П.