Презентация по физике по теме:"Кванты"

• 1 слайд

  Фотоны.
  

• 2 слайд

  Терехова Галина Анатольевна
  МБОУ Лицей № 12, г. Химки,
  Московской области
  

• 3 слайд

  До XVIII века большинство теорий считали свет потоком частиц. Одна из первых таких теорий была изложена в «Книге об оптике» Ибн ал-Хайсамом в 1021 году. В ней световой луч представлен в виде потока мельчайших частиц, которые «испытывают нехватку всех заметных качеств, кроме энергии». Но ни одна из них не могла объяснить такие явления, как, например, дифракция. В середине 18 века появилась волновая теория света, авторами которой стали независимо друг от друга Рене Декарт, Роберт Гук и Христиан Гюйгенс. Но теория дискретного строения света считалась основной до начала 19 века во многом из-за влияния авторитета Исаака Ньютона, придерживавшегося этой теории. В начале 19 века Томас Юнг и Огюстен Френель доказали своими опытами, что свет обладает свойствами волны.
  В 1865 г. Джеймс Максвелл предположил, что свет - это электромагнитная волна. Экспериментально это подтвердил Генрих Герц обнаруживший радиоволны в 1888 году.
  История развития концепции фотона
  

• 4 слайд

  Волновая теория Максвелла не могла объяснить все свойства света. По этой теории энергия волны зависит от её интенсивности, но не от частоты. Но результаты экспериментов показали : переданная от света атомам энергия зависит только от частоты , а не от интенсивности. Например, некоторые химические реакции могут начаться только при облучении вещества светом, частота которого выше определённого значения; излучение, частота которого ниже этого значения, вне зависимости от интенсивности, не может начать реакцию. Аналогично, электроны могут быть вырваны с поверхности металлической пластины только при облучении светом, частота которого выше определённого значения, так называемой красной границы фотоэффекта; энергия вырванных электронов зависит только от частоты света, но не от его интенсивности.
  

• 5 слайд

  Гипотеза Планка
  В1900 г. немец Макс Планк высказал гипотезу о квантовании энергии излучения. Альберт Эйнштейн сделал предположение, что свет не только излучается и поглощается квантами, но и состоит из них. Электромагнитная волна стала выглядеть как поток квантов.
  В 1926 г. американец Гилберт Льюис предложил называть квант света фотоном.
  

• 6 слайд

  Основные свойства фотона
  1.Является частицей электромагнитного поля, мельчайшая единица электромагнитного излучения, квант, он же фотон. В современной физике рассматривается как одна из элементарных частиц, которая переносит электромагнитное взаимодействие; фундаментальная составляющая света и всех других форм электромагнитного излучения.
  2.Скорость движения в вакууме равна «с» у фотона любой энергии .
  3.В среде его скорость уменьшается, но после прохождения среды фотон мгновенно восстанавливает свою скорость до «с» Фотоны разных энергий меняют скорость по-разному, в зависимости от свойств среды( коэффициент преломления) .
  4. Не имеет массы покоя.
  5. Фотону свойственен корпускулярно-волновой дуализм: т.е.фотон представляет собой совокупность двух электрических полей (плюс и минус) и двух магнитных полей (N и S).При этом фотон электронейтральнен, т.е. не имеет электрического заряда.
  С одной стороны фотон представляет собой компактную, неделимую частицу, у которой электромагнитные поля возрастают от нуля до некоторого максимума и вновь падают до нуля,т.е. фотон имеет линейный размер (начало и конец).
  

• 7 слайд

  Энергия фотона
  Энергия фотона может быть выражена через длину волны:
  

• 8 слайд

  Масса фотона
  
  Массу покоя фотона считают равной нулю, основываясь на эксперименте и теоретических обоснованиях
  
  
  
  

• 9 слайд

  Импульс фотона
  Наличие импульса подтверждается экспериментально: существованием светового давления.
  

• 10 слайд

  Давление света
  Впервые гипотеза о существовании светового давления была высказана И. Кеплером в XVII веке для объяснения отклонения хвостов комет при пролёте их вблизи Солнца.
  

• 11 слайд

  Давление света в электромагнитной теории
  В 1873 г. Дж. Максвелл, исходя из представлений о волновой природе света, пришел к выводу: свет должен оказывать давление на препятствие. Свет - это электромагнитная волна. Она создаёт электрическое поле. Под его действием электроны в теле, встречающемся на её пути, совершают колебания. В теле возникает электрический ток, направленный вдоль напряжённости электрического поля. Со стороны магнитного поля на электроны действует сила Лоренца. Её направление совпадает с направлением распространения световой волны. Эта сила и есть сила светового давления.
  
  
  По расчётам Максвелла, солнечный свет производит на чёрную пластину, расположенную на Земле, давление р = 4 ·10-6 Н/м2),а на светоотражающую в 2 раза больше
  

• 12 слайд

  
  
  
  
  Пётр Николаевич Лeбeдeв рoдился в1866 гoдa в Мoсквe в кyпeчeскoй сeмьe. Отец
  видел в сыне будущего коммерсанта. Мальчик был отдан в коммерческую школу, а затем в реальное училище. Но юноша тяготел к науке. В 1884 гoдy так как доступ в университет для него, как выпускника реального училища, был закрыт, он пoстyпил в МВТУ. С 1887 пo 1891 г.г. работал в лaбoрaтoриях Стрaсбyргa и Бeрлинa. В 1891 в Гeрмaнии зaщитил диссeртaцию. Пo вoзврaщeнии рaбoтaл aссистeнтoм A. Г. Стoлeтoвa в Мoскoвскoм yнивeрситeтe. После смерти Столетова возглавил лабораторию. В 1911 г.подал в отставку вместе с другими сотрудниками в знак протеста против попыток правительства нарушить автономию университета. Для Лебедева это решение было актом большого граждан­ского мужества, ибо с уходом из университета он лишался лабора­тории. И хотя ему была предоставлена возможность соз­дать (на частные средства) новую лабораторию в городском университете им. А. Л. Шанявского, полностью оправиться от со­бытий 1911 г. ученый не смог. Лебедев умер от болезни сердца в 1012.
  Но выводы Максвелла были лишь теоретическим предположением. Опыты, проведенные в 1899 г. Лебедевым, подтвердили предположение Максвелла о том, что световое давление на твёрдые тела существует. Позднее Лебедев измерил давление света на газы, которое оказалось намного меньше давления света на твердые тела.
  

• 13 слайд

  Схема опытов Лебедева
  
  На легкие металлические пластинки, подвешенные на тонкой нити в баллоне, из которого выкачан воздух падал свет. Справа пластинки черные, слева-блестящие. При отражении от зеркала свет передает ему в единицу времени в два раза больше импульса, чем свет, падающий на поглощающую пластину такой же площади. Из-за разницы давлений подвес поворачивался . По углу поворота определяли силу закручивания и, следовательно, световое давление. Измерения дали значение давления, которое с точностью до 20 % совпадало с теорией Максвелла.
  

• 14 слайд

  Давление света с квантовой точки зрения
  
  В квантовой теории давление света на поверхность обусловлено тем, что импульс каждого фотона при соударении с поверхностью изменяется. Следовательно, в соответствии со вторым законом Ньютона возникает импульс силы.
  световое давление, оказываемое на поверхность тела:
  

• 15 слайд

  Выводы из опытов Лебедева
  
  
  Давление света одинаково успешно объясняется и волновой, и кван­товой теорией. Опыты П. Н. Лебедева по измерению давления света явились фундаментальным доказательством и волновой, и квантовой природы света.
  

• 16 слайд

  Давление света имеет место:
  1.В космосе: давление света одна из причин, по которой, хвост кометы при приближении к Солнцу всегда направлен от Солнца;
  
  давление излучения от горячего ядра звезды противодействует гравитационному сжатию звезды.
  
  

• 17 слайд

  2.Солнечный парус
  Ещё в 1920 г. советский учёный Фридрих Артурович Цандер, выдвинул идею полетов в космос с помощью солнечного паруса, используя давление, создаваемое солнечным светом или лазером на зеркальную поверхность. Парус не нуждается в ракетном топливе, и время его действия не ограничено.
  
  В феврале 1993 года на корабле «Прогресс-М15» был проведен уникальный эксперимент «Знамя-2» по развертыванию крупногабаритного экрана, солнечного паруса. Цель эксперимента у советских ученых была не только в этом: «Знамя-2» мог стать прототипом фотонного двигателя - космического паруса.
  

• 18 слайд

  3.Оптический пинцет
  
  Нобелевская премия по физике 2018 получена ученым, работавшим в области лазерной физики.
  Артуром Эшкиным, который изобрел оптические пинцеты. С их помощью можно манипулировать частицами, атомами, вирусами, и другими живыми клетками с помощью лазерного света. Этот инструмент позволил Эшкину использовать давление излучения для передвижения физических объектов. Ученый смог подталкивать маленькие частицы при помощи лазерного света к центру луча и удерживать их там.
  
  

• 19 слайд

  Корпускулярно-волновой дуализм
  
  В одних явлениях (интерференция, дифракция) превалируют волновые свойства, в других (фотоэффект) корпускулярные: свет ведёт себя подобно потоку частиц. Чем больше частота, тем больше энергия и импульс фотона и сильнее выражены квантовые свойства света, при уменьшении частоты больше проявляются волновые. Свет обладает дуализмом (двойственностью свойств): при распространении проявляются его волновые свойства, а при излучении и поглощении (т.е. при взаимодействии с веществом) – корпускулярные (квантовые). Это не значит, что свет излучается как поток частиц, затем превращается в волну и распространяется волной, а при поглощении опять превращается в поток частиц – фотонов. Свет одновременно обладает и волновыми, и корпускулярными свойствами.
  
  Уравнения, связывающие корпускулярные (энергия, импульс) и волновые (частота или длина волны):