Урок 11 класс "Гипотеза Планка"

                                                                                                                урок  по теме   « Кванты.Гипотеза Планка квантах»

Цель урокса: ознакомить обучающихся  с новым разделом физики -квантовой физики ; раскрыть понятие кванта ; сформулировать гипотезу Планка ; побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Тип урока. Получение новых знаний.

                                                 Ход урока

I.                   Организационный момент

Учитель убеждается в готовности класса к уроку и  сообщает тему урока.

II. Изучение нового материала

  Учитель В конце XIX в. многие ученые считали, что развитие физики за­вершилось по следующим причинам:

1.  Больше 200 лет существуют законы механики, теория всемир­ного тяготения.

2. Разработана молекулярно-кинетическая теория.

3. Подведен прочный фундамент под термодинамику.

4. Завершена максвелловская теория электромагнетизма.

5.  Открыты фундаментальные законы сохранения (энергии, им­пульса, момента импульса, массы и электрического заряда).

В конце XIX - начале XX вв. открыты:

В. Рентгеном - Х-лучи (рентгеновские лучи) ;

А. Беккерелем - явление радиоактивности;

Дж. Томсоном - электрон.

Однако классическая физика не сумела объяснить эти явления.

Теория относительности Альберта  Эйнштейна потребовала коренного пересмотра понятий пространства и времени. Специальные опыты доказали справедливость гипотезы Джеймса Максвелла об электромагнит­ной природе света. Можно было предположить, что излучение элек­тромагнитных волн нагретыми телами обусловлено колебательным движением электронов. Но это предположение нужно было подтвер­дить сопоставлением теоретических и экспериментальных данных.

Выступление членов творческой группы учеников , которые занимались историей  развития научных взглядов на излучение и абсолютно черное тело. 

Докладчик 1

Для теоретического рассмотрения законов излучений использо­вали модель абсолютно черного тела, т. е. тела, полностью погло­щающего электромагнитные волны любой длины. Австрийские фи­зики И. Стефан и Л. Больцман экспериментально установили, что полная энергия, излучаемая за 1 с абсолютно черным телом с едини­цы поверхности пропорциональная четвертой степени абсолютной температуры:

Е = оТ\

Закон был назван законом Стефана-Больцмана. Он позволил вы­числить энергию излучения абсолютно черного тела по известной температуре. По заданным значениям температуры интенсивность излучения черного тела максимальна и соответствует определенному значению длины волны. Используя законы термодинамики  немецкий физик Вильгельм  Вин получил закон распре­деления энергии в спектре черного тела, который совпадает с экспе­риментальными результатами.

Докладчик 2

Английский физик  Джон. Рэлей сделал попытку более строгого тео­ретического вывода закона распределения энергии. Его закон приво­дит к хорошему совпадению с опытами в области малых частей. По этому закону интенсивность излучения должна возрастать на ~v². Следовательно, в тепловом излучении должно быть много ультрафио­летовых и рентгеновских лучей, чего на опыте не наблюдалось. За­труднения в согласовании теории и результатов эксперимента полу­чили название ультрафиолетовой катастрофы. Законы, полученные Максвеллом, оказались не в состоянии объяснить форму кривой рас­пределения интенсивности в спектре абсолютно черного тела.

В самом конце прошлого века Макс Планк (1858-1947), как и мно­гие до него, искал универсальную формулу для спектральной функции абсолютно черного тела. Ему повезло больше, чем другим - вначале он ее просто угадал, хотя появилась она не вдруг: два года напря­женных размышлений потребовались Планку, чтобы объединить в одной формуле разрозненные куски единой картины явления тепло­вого излучения.

Докладчик 3

19 октября 1900 г. происходило очередное заседание Немецкого физического общества, на котором экспериментаторы Генрих Рубенс (1885-1922) и Фердинанд Курлбаум (1857-1927) докладывали о но­вых, более точных измерениях спектра абсолютно черного тела. По­сле доклада состоялась дискуссия, в ходе которой экспериментаторы сетовали на то, что ни одна теория не может объяснить их результа­ты. Планк предложил воспользоваться своей формулой. В ту же ночь Рубенс сравнил свои измерения с формулой Планка и убедился, что она правильно, до мельчайших подробностей, описывает спектр аб­солютно черного тела. На утро он сообщил это коллеге и близкому другу Планку и поздравил его с успехом.

Учитель

Однако План был теоретик и потому ценил не только оконча­тельные результаты теорий, но и внутреннее их совершенство. К тому же он и не знал, что открыл новый закон природы, и верил, что его можно вывести из ранее известных. Поэтому он стремился тео­ретически обосновать закон излучения, исходя из простых посылок кинетической теории материи и термодинамики. Последовали два месяца непрерывной работы и предельного напряжения сил. Ему это удалось. Но какой ценой!  В процессе вычислений он предположил, что энергия испускается порциями (или квантами), которые опреде­ляются формулой:

E = hv,

где v- частота излучения; h - постоянная Планка.

III. Закрепление изученного

-     Как согласно гипотезе Планка абсолютно черное тело излучает энергию?

-     Согласно электродинамике Максвелла нагретое тело, непре­рывно теряя энергию вследствие излучения электромагнитных волн, должно охладиться до абсолютного нуля. Так ли это в действительности?

-     За счет чего получена теория теплового излучения Планка в применении к макроскопическим системам?

-     Что происходит с максимумом интенсивности излучения при увеличении температуры нагретого тела?

-     Какие явления изучает квантовая физика?

IV Решение задач

Задача 1 Определить длину волны излучения при переходе атома водорода из одного энергетического состояния в другое . Разница в энергиях этих состояний Е=1,892 эВ

Задача 2 В спектре испускания водорода есть линия с частотой равной 4,57 умноженной на 10  в 14 степени Гц. Определите изменение энергии атомов водорода при излучении света , соответствующая данной спектральной линии. 

V,  Домашнее задание

§  48  выучить  Решить  2 задачи со сборника задач   Рымкевич А.П

VI  Рефлексия

  - Оцените степень сложности уровня.

Вам было на уроке:

·                                 Легко; (красные карточки)

·                                 Обычно;(желтые карточки)

·                                 Трудно.(сини карточки)

- Оцените степень вашего уровня знаний  материала:

·                                 Усвоил полностью, могу применить; (красная карточка)

·                                 Усвоил полностью, но затрудняюсь в применении (зеленая карточка)

·                                 Усвоил частично( желтая карточка)

·                                 Не усвоил.( синяя карточка)