Квантовая теория электромагнитного излучения

Квантовая теория электромагнитного излучения. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Квантовая теория электромагнитного излучения

Тепловое излучение — электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми телами за счет своей внутренней энергии.

Абсолютно черное тело — тело, поглощающее всю энергию падающего на него излучения любой частоты при произвольной температуре.

Тепловое излучение — электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми телами за счет своей внутренней энергии.

Абсолютно черное тело — тело, поглощающее всю энергию падающего на него излучения любой частоты при произвольной температуре.

Спектральная плотность энергетической светимости — энергия электромагнитного излучения, испускаемого за единицу времени с единицы площади поверхности тела в единичном интервале частот. Единица спектральной плотности энергетической светимости Дж/м2. Энергия кванта излучения прямо пропорциональна частоте v излучения:

где h = 6,6 • 10-34Дж • с — постоянная Планка.

Фотон — микрочастица, квант электромагнитного излучения.

Законы теплового излучения: Закон смещения Вина

где λm— длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости черного тела, T— температура черного тела, b ≈ 3000 мкм • К — постоянная Вина.

Закон Стефана—Больцмана: Интегральная светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры:

где  σ = 5,67 • 10-8Вт/(м2 • К4) — постоянная Стефана—Больцмана.

Фотоэффект— явление вырывания электронов из твердых и жидких веществ под действием света.

Законы фотоэффекта

1. Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света, падающего на катод.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте света и не зависит от его интенсивности.

3. Для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

Энергия фотона идет на совершение работы выхода и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии. Работа выхода— минимальная работа, которую нужно совершить для удаления электрона из металла.

Красная граница фотоэффекта

Корпускулярно-волновой дуализм — проявление в поведении одного и того же объекта как корпускулярных, так и волновых свойств. Корпускулярно-волновой дуализм — универсальное свойство любых материальных объектов.

Волновая теория правильно описывает свойства света при больших ин-тенсивностях, т.е. когда число фотонов велико.

Квантовая теория используется при описании свойств света при малых интенсивностях, т.е. когда число фотонов мало.

Любой частице, обладающей импульсом р, соОтветствует длина волны де Бройля:

В процессе измерения меняется состояние микрообъекта. Одновременное точное определение координаты и импульса частицы невозможно.

Соотношения неопределенностей Гейзенберга:

1. Произведение неопределенности координаты частицы на неопределенность ее импульса не меньше постоянной Планка:

2. Произведение неопределенности энергии частицы на неопределенность времени ее измерения не меньше постоянной Планка:

Постулаты Бора:

1. B устойчивом атоме электрон может двигаться лишь по особым, стационарным орбитам, не излучая при этом электромагнитной энергии

2.Излучение света атомом происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Ek в стационарное состояние с меньшей энергией Еn. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний:

Правило квантования орбит Бора:

На длине окружности каждой стационарной орбиты укладывается целое число n длин волн де Бройля, соОтветствующих движению электрона

Основное состояние атома — состояние с минимальной энергией.

Люминесценция — неравновесное излучение вещества.

Спектральный анализ — метод определения химического состава и других характеристик вещества по его спектру.

Основные излучательные процессы атомов: поглощение света, спонтанное и вынужденное излучения.

Поглощение света сопровождается переходом атома из основного состояния в возбужденное.

Спонтанное излучение — излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое.

Индуцированное излучение — излучение атома, возникающее при его переходе на более низкий энергетический уровень под действием внешнего электромагнитного излучения.

Лазер — источник излучения, усиливаемого в результате индуцированного излучения.

Инверсная населенность энергетических уровней — неравновесное состояние среды, при котором концентрация атомов в возбужденном состоянии больше, чем концентрация атомов в основном состоянии.

Метастабильное состояние — возбужденное состояние атома, в котором он может находиться значительно дольше, чем в других состояниях.

Источник: https://5terka.com/kvantovaya-teoriya-elektromagnitnogo-izlucheniya-osnovnye-polozheniya

Статьи из Большой Советской энциклопедии, БСЭИзлучение

Квантовая теория электромагнитного излучения

Излучение электромагнитное, процесс образования свободного электромагнитного поля. (Термин «И.» применяют также для обозначения самого свободного, т. е. излученного, электромагнитного поля — см. Максвелла уравнения, Электромагнитные волны.) Классическая физика рассматривает И.

как испускание электромагнитных волн ускоренно движущимися электрическими зарядами (в частности, переменными токами). Классическая теория объяснила очень многие характерные черты процессов И., однако она не смогла дать удовлетворительного описания ряда явлений, особенно теплового излучения тел и И. микросистем (атомов и молекул).

Такое описание оказалось возможным лишь в рамках квантовой теории И., показавшей, что И. представляет собой рождение фотонов при изменении состояния квантовых систем (например, атомов). Квантовая теория, более глубоко проникнув в природу И.

, одновременно указала и границы применимости классической теории: последняя часто является очень хорошим приближением при описании И., оставаясь, например, теоретической базой радиотехники (см. Излучение и прием радиоволн).

  Классическая теория излучения (теория Максвелла). Физические причины существования свободного электромагнитного поля (т. е.

поля самоподдерживающегося, независимого от возбудивших его источников) тесно связаны с тем, что электромагнитные волны распространяются от источников — зарядов и токов — не мгновенно, а с конечной скоростью c (в вакууме c @ 3·1010 см/сек). Если источник И.

(например, переменный ток) в какой-то момент исчезнет, это не приведет к мгновенному исчезновению поля во всем пространстве: в отдалённых от источника точках оно исчезнет лишь через конечный промежуток времени.

Из теории Максвелла вытекает, что изменение во времени электрического поля Е порождает магнитное поле Н, а изменение Н — вихревое электрическое поле. Отсюда следует, что самоподдерживающимся может быть лишь переменное электромагнитное поле, в котором обе его компоненты — Е и Н, непрерывно изменяясь, постоянно возбуждают одна другую.

  В процессе И. электромагнитное поле уносит от источника энергию. Плотность потока энергии этого поля (количество энергии, протекающей за единицу времени через единичную площадку, ориентированную перпендикулярно направлению потока) определяется Пойнтинга вектором П, который пропорционален векторному произведению [ЕН].

  Интенсивность И. Eизл есть энергия, уносимая полем от источника в единицу времени.

Порядок её величины можно оценить, вычислив произведение площади замкнутой поверхности, охватывающей источник на среднее значение абсолютной величины плотности потока П на этой поверхности (П ~ EH).

Обычно поверхность выбирают в форме сферы радиуса R (её площадь ~ R) и вычисляют Eизл в пределе ® ¥:

                               (1)

(Е и Н — абсолютные величины векторов Е и Н).

  Для того чтобы эта величина не обращалась в ноль, т. е. чтобы вдали от источника существовало свободное электромагнитное поле, необходимо, чтобы и ЕН убывали не быстрее, чем 1/R.

Это требование удовлетворяется, если источниками полей являются ускоренно движущиеся заряды.

Вблизи от зарядов поля — кулоновские, пропорциональные 1/R2, но на больших расстояниях основную роль начинают играть некулоновские поля Е и Н, имеющие закон убывания 1/R.

  И. движущегося заряда. Простейшим источником поля является точечный заряд. У покоящегося заряда И. отсутствует. Равномерно движущийся заряд (в пустоте) также не может быть источником И. Заряд же, движущийся ускоренно, излучает. Прямые вычисления на основе уравнений Максвелла показывают, что интенсивность его И. равна

                                        (2)

где е — величина заряда, a — его ускорение. (Здесь и ниже используется Гауссова система единиц, см. СГС система единиц.) В зависимости от физической природы ускорения И. иногда приобретает особые наименования. Так, И.

, возникающее при торможении заряженных частиц в веществе в результате воздействия на них кулоновских полей ядер и электронов атомов, называется тормозным излучением. И. заряженной частицы, движущейся в магнитном поле, искривляющем её траекторию, называется синхротронным излучением (или магнитотормозным И.).

Оно наблюдается, например, в циклических ускорителях заряженных частиц.

  В частном случае, когда заряд совершает гармоническое колебание, ускорение а по величине равно произведению отклонения заряда от положения равновесия (х x0 sin wt, x0 — амплитуда отклонения х) на квадрат частоты w. Усреднённая по времени t интенсивность И.

                      (3)

очень быстро (пропорционально w4) растет при увеличении частоты.

  Электрическое дипольное И. Простейшей системой, которая может быть источником И., являются два связанных друг с другом колеблющихся, равных по величине, разноимённых заряда. Они образуют диполь с переменным моментом.

Если, например, заряды диполя совершают гармонические колебания навстречу друг другу, то дипольный электрический момент изменяется по закону d = d0 sin wt (w — частота колебаний, d0 — амплитуда момента d).

Усреднённая по времени t интенсивность И. такого диполя

                 (4)

  И., расходящееся от колеблющегося диполя, неизотропно, т. е. энергия, испускаемая им в различных направлениях, неодинакова. Вдоль оси колебаний И. вообще отсутствует. Под прямым же углом к оси колебаний И. максимально.

Для всех промежуточных направлений угловое распределение И. меняется пропорционально sin2 J, где угол J отсчитывается от направления оси колебаний.

Если направление оси колебаний диполя меняется со временем, то усреднённое угловое распределение становится более сложным.

  Реальные излучатели, как правило, включают множество зарядов. Точный учёт всех деталей движения каждого из них при исследовании И. излишен (а зачастую и невозможен). Действительно, И. определяется значениями полей вдали от источника, т. е. там, где детали распределения зарядов (и токов) в излучателе сказываются слабо.

Это позволяет заменять истинное распределение зарядов приближённым. Самым грубым, «нулевым» приближением является рассмотрение излучающей системы как одного заряда, по величине равного сумме зарядов системы. У электронейтральной системы, сумма зарядов которой равна нулю, И. в этом приближении отсутствует.

В следующем, первом, приближении положительные и отрицательные заряды системы по отдельности мысленно «стягиваются» к центрам своего распределения. Для электронейтральной системы это означает мысленную замену её электрическим диполем, излучающим согласно (4). Такое приближение называется дипольным, а соответствующее И.

— электрическим дипольным И.

  Электрическое квадрупольное и высшие мультипольные И. Если у системы зарядов дипольное И. отсутствует, например из-за равенства дипольного момента нулю, то необходимо учитывать следующее приближение, в котором система зарядов — источник И. — рассматривается как квадруполь, т. е. четырехполюсник.

Простейший квадруполь — 2 диполя, имеющие равные по величине и противоположные по направлению моменты.

Ещё более детальное описание излучающей системы зарядов даёт рассмотрение последующих приближений, в которых распределение зарядов описывается мультиполями (многополюсниками) высших порядков (диполь называется мультиполем 1-го, квадруполь — 2-го и т. д. порядков).

  Важно отметить, что в каждом последующем приближении интенсивность И. примерно в (v/c)2 меньше, чем в предыдущем (если, конечно, последнее не отсутствует по каким-либо причинам). Если излучатель — нерелятивистский, т. е. все заряды имеют скорости, много меньшие, чем световая (v/c

Источник: https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/051/356.htm

Квантовая теория электромагнитного излучения вещества. — презентация

Квантовая теория электромагнитного излучения

1 Квантовая теория электромагнитного излучения вещества

2 В декабре 2000 года мировая научная общественность отмечала столетний юбилей возникновения новой науки – квантовой физики и открытие новой фундаментальной физической константы – постоянной Планка. Заслуга в этом принадлежит выдающемуся немецкому физику Максу Планку.

Ему удалось решить проблему спектрального распределения света, излучаемого нагретыми телами, проблему, перед которой классическая физика оказалась бессильной. Планк первым высказал гипотезу о квантовании энергии осциллятора, несовместимую с принципами классической физики.

Именно эта гипотеза, развитая впоследствии трудами многих выдающихся физиков, дала толчок процессу пересмотра и ломки старых понятий, который завершился созданием квантовой физики. постоянной Планка Максу Планку постоянной Планка Максу Планку

3 Тепловое излучение тел Модель абсолютно черного тела Тепловым называется электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми телами, за счет своей внутренней энергии. Абсолютно черное тело — тело, поглощающее всю энергию падающего на него излучения любой частоты при произвольной температуре.

4 «Ультрафиолетовая катастрофа»

5 Гипотеза Планка Планк пришел к выводу, что процессы излучения и поглощения нагретым телом электромагнитной энергии, происходят не непрерывно, как это принимала классическая физика, а конечными порциями – квантами. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом. По теории Планка, энергия кванта E прямо пропорциональна частоте света:

6 Фотон. Световые кванты – реальные микрочастицы – фотоны. Фотон – микрочастица, квант электромагнитного излучения. Свойства фотона. 1. Энергия фотона пропорциональна частоте электромагнитного излучения : E=h. 2. Фотон – электрически нейтральная частица, т.е. q ф =0. 3.

Скорость фотона во всех системах отсчета равна скорости света в вакууме: = с. 4. Масса покоя фотона равна нулю, т.е. он не существует в состоянии покоя. Т.к. E=mc 2, то m = h /c Фотон обладает импульсом p=mc=h /c=h/. 6.

Давление э/м излучения (фотонного газа): p=2I/c, где I – интенсивность э/м излучения.

7 Фотоэффект. Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком ГГГГ…. ГГГГ ее рр ввц ее мм и и и и и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым. Наиболее полное исследование явления фотоэффекта было выполнено Ф.

Ленардом в 1900 г. К этому времени уже был открыт электрон ( ДДДД…. ТТТТ ооо мм сс ооо нан,,,, гг….), и стало ясно, что фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света.

8 Опыты Столетова А.Г.

9 Первый закон фотоэффекта Фототок насыщения (количество электронов, вырванных с поверхности катода) прямо пропорционален интенсивности света, падающего на катод

10 Второй закон фотоэффекта Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте света и не зависит от его интенсивности.

11 Третий закон фотоэффекта Каждому веществу соответствует минимальная частота излучения (красная граница), ниже которой фотоэффект невозможен min, max

12 Работа выхода. Энергию связи электрона в металле характеризуют работой выхода Работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для удаления электрона из металла A=h min min = A / h

13 Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта (закон сохранения энергии)

14 Вопросы и задачи: 1. По какой причине открытые окна домов днем кажутся черными, хотя в комнате достаточно светло из-за отражения дневного света от стен? 2. Приведите примеры абсолютно черных тел. 3.

Найдите энергию фотона с длиной волны 400 нм. 4. Используя данные таблицы (см.слайд 12), найдите красную границу фотоэффекта для калия. 5.

Найдите задерживающую разность потенциалов для фотоэлектронов, вырываемых с поверхности натрия (Авых=2,28 эВ) светом с длиной волны 400 нм.

15 Планк (Planck) Макс (23.IV.1858– 4.X.1947) Немецкий физик. Основоположник квантовой теории.

Впервые, вопреки представлениям классической физики, предположил, что энергия излучения испускается не непрерывно, а порциями – квантами, и на основе этой гипотезы вывел закон теплового излучения (закон Планка).

Ввел (1900) фундаментальную физическую постоянную – постоянную Планка (h = 6,62610 –34 Дж/с), без которой невозможно описание свойств атома, молекулы и других квантовых систем. Нобелевская премия по физике (1918). Макс Планк Назад

16 Герц (Hertz) Генрих 22.II.1857–1.I.1894) Немецкий физик, один из основателей электродинамики. Исходя из уравнений Максвелла, Герц в 1886–89 экспериментально доказал существование электромагнитных волн и исследовал их свойства (отражение от зеркал, преломление в призмах и т. д.).

Электромагнитные волны Герц получал с помощью изобретенного им вибратора. Герц подтвердил выводы максвелловской теории о том, что скорость распространения электромагнитных волн в воздухе равна скорости света, установил тождественность основных свойств электромагнитных и световых волн.

Герц изучал также распространение электромагнитных волн в проводнике и указал способ измерения скорости их распространения. Развивая теорию Максвелла, Герц придал уравнениям электродинамики симметричную форму, которая хорошо обнаруживает полную взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями.

Построил электродинамику движущихся тел, исходя из гипотезы о том, что эфир увлекается движущимися телами. Однако его электродинамика оказалась в противоречии с опытом и позднее уступила место электронной теории Х. Лоренца.

Работы Герца по электродинамике сыграли огромную роль в развитии науки и техники и обусловили возникновение беспроволочной телеграфии, радиосвязи, телевидения, радиолокации и т. д. В 1886–87 Герц впервые наблюдал и дал описание внешнего фотоэффекта.

Герц разрабатывал теорию резонаторного контура, изучал свойства катодных лучей, исследовал влияние ультрафиолетовых лучей на электрический разряд. В ряде работ по механике дал теорию удара упругих шаров, рассчитал время соударения и т. д. Именем Герца названа единица частоты колебаний. Генрих Герц. Назад

17 Томсон (Thomson) Джозеф Джон (18.XII.1856–30.VIII.1940) Английский физик, член Лондонского королевского общества (с 1884, в 1915–20 – президент). В 1884–19 профессор Кембриджского университета и руководитель Кавендишской лаборатории; одновременно в 1905–18 профессор Королевского института в Лондоне.

Ранние работы Томсона посвящены вычислению электромагнитного поля движущегося заряженного шара, теории вихрей, прецизионному измерению отношения абсолютных электрических единиц к электромагнитным.

Занимаясь изучением газового разряда, Томсон совместно с сотрудниками выполнил серию классических работ, приведших его к открытию электрона (впервые измерил отношение заряда электрона к массе, 1897; Нобелевская премия, 1906).

Томсон дал объяснение непрерывного спектра рентгеновского излучения, установил природу положительных ионов, предложил первую модель строения атома. В 1911 Томсон разработал так называемый метод парабол для измерения отношения заряда частицы к ее массе, который сыграл большую роль в исследовании изотопов.

Большое значение имела научно-организационная деятельность Томсона. Возглавляемая им Кавендишская лаборатория превратилась в ведущий научно-исследовательский физический центр, в котором под его руководством работали крупнейшие английские физики (Э. Резерфорд, Ч. Вильсон, Ф. У. Астон, У. Ричардсон и др.). Будучи убежденным сторонником классической физики, Томсон придерживался гипотезы эфира. Назад

Источник: http://www.myshared.ru/slide/1218257/

Квантовая теория электромагнитного излучения

Квантовая теория электромагнитного излучения

Замечание 1

Квантовая теория электромагнитного излучения своей задачей ставит исследование электромагнитного поля и связанных с ним явлений.

Тепловым называют электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми телами своей внутренней энергией. Такое излучение воздействует на внутреннюю энергию тела, уменьшая ее и снижая также температуру. В качестве спектральной характеристики теплового излучения выступает плотность энергетического свечения.

Абсолютно черным считается тело со способностью поглощения всей энергии попадающего на него излучения при любой частоте и произвольной температуре (это называется черной дырой).

Определение 1

Ультрафиолетовой катастрофой считается расхождение между результатами эксперимента и классической волновой теорией. Излучение посредством атомов и молекул у вещества выполняется порционно за счет квантов.

Фотон считается квантом электромагнитного излучения. Он обладает такими свойствами:

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

  • энергией, прямо пропорциональной частоте электромагнитного излучения ($q = 0$);
  • скоростью, во всех системах отсчета равнозначную скорости света в вакууме;
  • нулевой массой покоя;
  • импульсом $p = \frac{h}{\lambda}$.

Давление электромагнитного излучения выражает формула: $P{эм} = \frac{2I}{c}$.

Квантовая гипотеза Планка

В 1900 г. благодаря исследованиям ученого М. Планка было получено правильное выражение для спектральной плотности энергетического свечения абсолютно чёрного тела.

Электромагнитное излучение у частиц вещества провоцирует их ускоренное перемещение. Его следствием при этом становится тепловое излучение от тела.

Чем большей окажется энергия, получаемая частицей при столкновении, тем больше будет энергия ее теплового излучения.

Но число частиц при этом со свойственной им большой энергией при определённой температуре $Т$ большим не будет. Это означает малую вероятность излучения большой энергии.

Планк озвучил предположение относительно взаимосвязи энергии излучения и его частоты. В таком случае излучение электромагнитных волн посредством атомов и молекул выполняется не непрерывным режимом, а дискретны (порционно отдельными квантами). Энергия излучения кванта становится прямо пропорциональной частоте $v$ излучения:

$E = hv$

Теория теплового излучения для абсолютно чёрного тела, разработанная Планком при учете квантовой гипотезы, превосходно согласовывалась с экспериментом. Особенностью фундаментальных физических теорий выступает их преемственность. Более общий формат квантовой теории определяет границу применимости световой волновой теории.

Классическая волновая теория придерживается принципа непрерывности при излучении электромагнитных волн. Энергия кванта при этом может оказаться бесконечно малой, если сравнивать ее и тепловую энергию. По этой причине в подобном диапазоне частот классическая теория описывает эксперимент как удовлетворительный.

При больших частотах энергия кванта излучения также большая, что объясняет невозможность применения классических представлений о непрерывности излучения. Это также объясняет причину ультрафиолетовой катастрофы.

Законы теплового излучения и фотоэффекта для квантовой теории

К законам теплового излучения будет относиться закон смещения Вина, выражаемый формулой:

$\lambda_mT = b$

где $λ_m$— длина волны, на которую приходится максимальная доля спектральной плотности энергетической светимости черного тела, при этом $T$ составит температуру черного тела.

Согласно идее закона Стефана—Больцмана, интегральная светимость абсолютно черного тела оказалось пропорциональной четвертой степени его абсолютной температуры:

$R_t = QT4$

где Q будет постоянной Стефана—Больцмана.

Определение 2

Фотоэффект считается в физике явлением вырывания электронов из веществ твердого и жидкого типов под световым воздействием.

Согласно положениям законов фотоэффекта:

  • фототок насыщения прямо пропорциональный интенсивности света, попадающего на катод;
  • максимальная кинетическая энергия у фотоэлектронов считается прямо пропорциональной частоте света и не зависящей от его интенсивности;
  • для каждого вещества присутствует частота света (так называемая красная граница фотоэффекта, а ниже ее фотоэффект невозможен); уравнение А.Эйнштейна для фотоэффекта существует в таком виде: $hv = A_{вых}+\frac{m_ev2}{2}$.

Расход энергии фотона направлен на совершение работы выхода и сообщение кинетической энергии вылетающему фотоэлектрону. Работа выхода будет минимальной работой, требуемой при устранении электрона из металла. Красная граница фотоэффекта характеризуется такой формулой:

$v_{min} =\frac{A_{вых}}{h}$

Квантовая теория популярна для применения при описании свойств света при условии малых интенсивностей, т. е. при малом количестве фотонов.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/kvantovaya_teoriya/kvantovaya_teoriya_elektromagnitnogo_izlucheniya/

Презентация по физике для 11 класса на тему

Квантовая теория электромагнитного излучения

Инфоурок › Физика ›Презентации›Презентация по физике для 11 класса на тему «Квантовая теория электромагитного излучения»

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайдОписание слайда:

КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРЕЗЕНТАЦИЯ ТЕМЫ

2 слайдОписание слайда:

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми телами за счёт своей внутренней энергии. АБСОЛЮТНО ЧЁРНОЕ ТЕЛО – тело, поглощающее всю энергию падающего на него излучения любой частоты при произвольной температуре.

3 слайдОписание слайда:

СПЕКТРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СВЕТИМОСТИ rυ – энергия электромагнитного излучения,испускаемого за единицу времени с единицы площади поверхности тела в единичном интервале частот.

Единица спектральной плотности энергетической светимости – джоуль на квадратный метр(1Дж/м2). Энергия теплового излучения чёрного тела зависит от температуры и длины волны. Единственной комбинацией этих величин с размерностью Дж/м2 является kT/λ2 (λ=с/υ).

Точный расчёт был проделан Релеем и Джинсом в 1900 г. rυ = 2π · υ2/c2 · kT ,k- постоянная Больцмана Это выражение согласуется с экспериментом лишь в области малых частот,а для больших частот формула неверна,она резко расходится с экспериментом.

Это расхождение получило название «ультрафиолетовой катастрофы». Решение проблемы предложено в 1900 г. М. Планком.

4 слайдОписание слайда:

КВАНТОВАЯ ГИПОТЕЗА ПЛАНКА Энергия излучения и его частота связаны друг с другом. Излучение электромагнитных волн атомами и молекулами происходит дискретно, т.е.отдельными порциями – квантами. Энергия излучения кванта прямо пропорциональна частоте излучения: E=hυ где h=6,62·10-34 Дж·с – постоянная Планка

5 слайдОписание слайда:

ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Закон смещения Вина : λmT=в в =3000мкм·К – постоянная Вина произведение длины волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости чёрного тела, на его температуру есть величина постоянная. Закон Стефана – Больцмана : RT =σ Τ4 σ = 5,67·10-8Вт/м2К4 – постоянная Стефана – Больцмана интегральная светимость абсолютно чёрного тела зависит только от его температуры.

6 слайдОписание слайда:

ФОТОН – микрочастица, квант электромагнитного излучения. Энергия фотона пропорциональна частоте электромагнитного излучения : E=hυ Фотон – энергетически нейтральная частица, т.е. q=0 Скорость фотона во всех системах отсчёта равна скорости света в вакууме: v=с Масса покоя фотона m0=0 Фотон обладает импульсом: Р = h ∕λ

7 слайдОписание слайда:

ФОТОЭФФЕКТ Открыт в 1887г.Г.Герцем, исследован А.Г.Столетовым, В.Гальваксом и А.Риви. Явление фотоэффекта объяснено Эйнштейном в 1905 г. Фотоэффект – явление вырывания электронов из твёрдых и жидких веществ под действием света.

8 слайдОписание слайда:

ЗАКОНЫ ФОТОЭФФЕКТА Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света, падающего на катод. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте света и не зависит от его интенсивности.

Для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен. Явление фотоэффекта и его законы были объяснены на основе квантовой теории света.

9 слайдОписание слайда:

УРАВНЕНИЕ ЭЙНШТЕЙНА ДЛЯ ФОТОЭФФЕКТА (ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ) hυ═Авых+meV2 ∕ 2 Энергия фотона идёт на совершение работы выхода и на сообщение вылетевшему фотоэлектрону кинетической энергии. meV2 ∕ 2 = eUз Авых – работа выхода — минимальная работа, которую нужно совершить для удаления электрона из металла.

10 слайдОписание слайда:

КРАСНАЯ ГРАНИЦА ФОТОЭФФЕКТА υmin= Авых ∕ h λmах =сh ∕ Авых υ min – предельная частота, ниже которой фотоэффект невозможен. ФОТОЭФФЕКТ НАБЛЮДАЕТСЯ ПРИ: υ > υmin λ < λmах

11 слайдОписание слайда:

Корпускулярно – волновой дуализм – проявление в поведении одного и того же объекта как корпускулярных, так и волновых свойств. Фотоны – особые микрочастицы, энергия и импульс которых выражаются через волновые характеристики. Дифракция, интерференция – волновые свойства. В 1909 г. Д.Тэйлором был проведён опыт по наблюдению дифракции. E=hυ Р = h ∕λ

12 слайдОписание слайда:

ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА ЧАСТИЦ. 1923 г. – гипотеза Луи де Бройля. Корпускулярно – волновой дуализм является универсальным свойством любых материальных объектов.

Любой частице, обладающей импульсом Р, соответствует длина волны де Бройля: λБ=h ∕ Р 1927 г. – Джозеф Томсон обнаружил волновые свойства электронов. 1949 г.

– Фабрикант, Бибермон, Сушкин провели опыт по дифракции электронного пучка предельно малой интенсивности.

13 слайдОписание слайда:

Соотношение неопределённостей Гейзенберга. Δy ΔРy ≥ h Произведение неопределённости координаты частицы на неопределённость её импульса не меньше постоянной Планка. Δ EyΔt ≥ h Чем меньше время частица пребывает в некотором состоянии, тем меньше определённа её энергия.

14 слайдОписание слайда:

СТРОЕНИЕ АТОМА В 1910 – 1911 гг. Резерфордом был проведён опыт, показавший, что в центре атома расположено положительно заряженное атомное ядро, вокруг которого вращаются под действием кулоновских сил притяжения отрицательно заряженные электроны.

15 слайдОписание слайда:

ПОСТУЛАТЫ БОРА 1.В устойчивом атоме электрон может двигаться лишь по особым, стационарным орбитам, не излучая при этом электромагнитной энергии. 2.Излучение света атомом происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией.

16 слайдОписание слайда:

ПОГЛОЩЕНИЕ И ИЗЛУЧЕНИЕ СВЕТА АТОМОМ. Излучение света атомом энергия излучённого фотона равна разности энергий стационарных состояний hυkn=Ek-En Поглощение света атомом переходы в первое возбуждённое состояние с верхних уровней образуют серию Бальмера, наблюдаемую в видимом свете.

17 слайдОписание слайда:

ВИДЫ ИЗЛУЧЕНИЙ. Тепловое излучение Люминесценция Триболюминесценция Хемилюминесценция Электролюминесценция Фотолюминесценция

18 слайдОписание слайда:

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ Линейчатый спектр – спектр излучения, состоящий из отдельных узких спектральных линий различной интенсивности. Спектральный анализ – метод определения химического состава и других характеристик вещества по его спектру.

19 слайдОписание слайда:

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА Спонтанное излучение- излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое. Индуцированное излучение – это излучение атома, возникающее при переходе его на более низкий энергетический уровень под действием внешнего электромагнитного излучения.

20 слайдОписание слайда:

ЛАЗЕРЫ ОСОБЕННОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ: 1. обладает исключительной монохроматичностью и когерентностью 2. пучок света лазера имеет очень малый угол расхождения 3. это наиболее мощный искусственный источник света

Курс повышения квалификации

ЕГЭ по физике: методика решения задач

Общая информация

Источник: https://infourok.ru/prezentaciya-po-fizike-dlya-klassa-na-temu-kvantovaya-teoriya-elektromagitnogo-izlucheniya-728203.html

Контрольно-диагностический урок по теме

Квантовая теория электромагнитного излучения

Цель урока: Проверить качество усвоения знаний по теме «Квантовая теория электромагнитного излучения и вещества».

Задачи: проверить общие знания по теме через индивидуальную работу с тестом, степень усвоения основных определений и понятий через «интеллектуальный футбол», навыки и умения работы учащихся с формулами определения характеристик квантовой теории электромагнитного излучения.

Тип урока:

урок проверки и оценки знаний учащихся.

Оборудование и средства обучения:

презентация Контрольно — диагностический урок по теме «Квантовая теория электромагнитного излучения и вещества», контрольный тест, карточки с задачами трёх уровней, сводный лист учёта знаний и умений.

Ход урока

I. Орг. момент:

(2 мин)

  • запись домашнего задания: повторить основные понятия, формулы и определения темы для урока коррекции знаний.
  • назначение консультанта из числа учащихся класса (по наибольшему количеству набранных на предыдущем уроке баллов).
  • II.

    Выполнение контрольного теста по теме «Квантовая теория электромагнитного излучения»: (10 мин)

    — индивидуальная работа с тестом (8 мин);

    — взаимоконтроль (2 мин):

    I вариант II вариант
    1 (Б)1 (В)
    2 (Б)2 (В)
    3 (Б)3 (Б)
    4 (А)4 (Г)

    консультант заносит результаты в сводную ведомость.

    III. «Интеллектуальный футбол»: (

    15 мин)

    • ответы на вопросы, подготовленные самостоятельно каждым учащимся к уроку;
    • консультант фиксирует в сводной ведомости ответы учащихся;
    • ответы на вопросы учителя, в случае не ответа на поставленный вопрос со стороны учащегося, его подготовившего.

    Имеются электрически нейтральные пластинки из металла и полупроводника. При освещении металла возникает внешний фотоэффект, а при освещении полупроводника — внутренний. Останутся ли пластинки электрически нейтральными? Как это объяснить? (металлическая — нет, полупроводниковая — да)

    Почему существование красной границы в явлении фотоэффекта говорит в пользу корпускулярной теории света и против волновой? (Электрон целиком поглощает энергию фотона. Если энергия фотона больше работы выхода или равна ей, то электрон вылетает из металла)

    Приведите примеры химического действия света (фотография, фотосинтез)

    Почему электрическая проводимость полупроводников повышается при облучении их светом? (увеличивается концентрация электронов в веществе)

    IV. Самостоятельная работа с карточкой: (

    10 мин) Учащимся предлагается три уровня задач, одну из которых он должен решить самостоятельно. Уровень задания он выбирает сам. Консультант проверяет задания по ключу и результат фиксирует в сводной ведомости.

    Ключ:

    I уровеньII уровеньIII уровень
    12,4*10-19 Дж2,62*10-19 Дж16*10-19Дж; 1,9*106м/с; 5,2*10-7м.
    25,64*10-7 м1480*103 м/с7,9 В
    36,63*10-27 кг*м/с530*103 м/с3,04*10-19 Дж
    41,6*10-27 кг*м/с5*10-19 Дж94,3*10-9 Дж
    57,04*10-19 Дж3,3*10-7 м16*10-19Дж; 1,9*106м/с; 5,2u000710-7м.
    66,8*10-19Дж1,23*1020 Гц7,9 В
    72,4*10-19 Дж3,1*10-7 м3,04*10-19 Дж
    85,64*10-7 мНе возникает94,3*10-9 Дж
    96,63*10-27 кг*м/с2,62*10-19 Дж16*10-19Дж; 1,9*106м/с; 5,2*10-7м.
    101,6*10-27 кг*м/с1480*103 м/с7,9 В
    117,04*10-19 Дж2,62*10-19 Дж3,04*10-19 Дж
    122,4*10-19 Дж1480*103 м/с94,3*10-9 Дж
    135,64*10-7 м530*103 м/с16*10-19Дж; 1,9*106м/с; 5,2u000710-7м.
    146,63*10-27 кгu0007м/с5*10-19 Дж7,9 В
    151,6*10-27 кгu0007м/с3,3*10-7 м3,04*10-19 Дж
    167,04*10-19 Дж1,23*1020 Гц94,3*10-9 Дж
    176,8*10-19Дж3,1*10-7 м16*10-19Дж; 1,9*106м/с; 5,2*10-7м.
    182,4*10-19 ДжНе возникает, aкр= 295*10-9м16*10-19Дж; 1,9*106м/с; 5,2*10-7м.
    195,64*10-7 м2,62*10-19 Дж7,9 В
    206,63*10-27 кгu0007м/с1480*103 м/с3,04*10-19 Дж

    V. Подведение итогов работы учащихся на уроке: (

    2 мин)

    — оглашение результатов работы учащихся, зафиксированных консультантом в ходе урока.

    VI. Рекомендации к домашнему заданию (

    1 мин): Ещё раз внимательно повторить все формулы раздела, с помощью которых можно определить характеристики квантовой теории электромагнитного излучения.

    Ключ:

    I уровеньII уровеньIII уровень
    12,4*10-19 Дж2,62*10-19 Дж16*10-19Дж; 1,9*106м/с; 5,2*10-7м.
    25,64*10-7 м1480*103 м/с7,9 В
    36,63*10-27 кг*м/с530*103 м/с3,04*10-19 Дж
    41,6*10-27 кг*м/с5*10-19 Дж94,3*10-9 Дж
    57,04*10-19 Дж3,3*10-7 м16*10-19Дж; 1,9*106м/с; 5,2*10-7м.
    66,8*10-19Дж1,23*1020 Гц7,9 В
    72,4*10-19 Дж3,1*10-7 м3,04*10-19 Дж
    85,64*10-7 мНе возникает, aкр= 295*10-9м94,3*10-9 Дж
    96,63*10-27 кг*м/с2,62*10-19 Дж16*10-19Дж; 1,9*106м/с; 5,2*10-7м.
    101,6*10-27 кг*м/с1480*103 м/с7,9 В
    117,04*10-19 Дж2,62*10-19 Дж3,04*10-19 Дж
    122,4*10-19 Дж1480*103 м/с94,3*10-9 Дж
    135,64*10-7 м530*103 м/с16*10-19Дж; 1,9*106м/с; 5,2*10-7м.
    146,63*10-27 кг*м/с5*10-19 Дж7,9 В
    151,6*10-27 кг*м/с3,3*10-7 м3,04*10-19 Дж
    167,04*10-19 Дж1,23*1020 Гц94,3*10-9 Дж
    176,8*10-19Дж3,1*10-7 м16*10-19Дж; 1,9*106м/с; 5,2*10-7м.
    182,4*10-19 ДжНе возникает, aкр= 295*10-9м16*10-19Дж; 1,9*106м/с; 5,2*10-7м.
    195,64*10-7 м2,62*10-19 Дж7,9 В
    206,63*10-27 кг*м/с1480*103 м/с3,04*10-19 Дж

    Приложение 1.

    Приложение 2.

    Приложение 3.

    11.04.2013

    Источник: https://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/631999/

    Booksm
    Добавить комментарий