Фотони. Люмінесценція



ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

Хвильова й квантова оптика

УРОК 10/47

Тема. Фотони. Люмінесценція

Мета уроку: дати поняття про фотон як елементарну частинку електромагнітного випромінювання; вивчити основні властивості фотона.

Тип уроку: комбінований урок.

ПЛАН УРОКУ

Контроль знань

15 хв.

Самостійна робота № 11. “Квантові властивості світла. Закони фотоефекту”

Вивчення нового матеріалу

25 хв.

1. Фотони.

2. Люмінесценція.

3. Корпускулярно-хвильовий

дуалізм

Закріплення вивченого матеріалу

5 хв.

1. Навчаємося розв’язувати задачі.

2. Контрольні питання

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Фотони

Термін “фотон” було уведено хіміком Г. Льюїсом 1926 року. У сучасній фізиці фотон – це переносник електромагнітної взаємодії (часто називається елементарною частинкою), фундаментальна складова світла й всіх інших форм електромагнітного випромінювання.

Фотон має нульову масу спокою, не має електричного заряду й не розпадається спонтанно у вакуумі. Оскільки фотон – безмасова частинка,

він рухається у вакуумі зі швидкістю світла у вакуумі.

Про фотон не можна сказати, що він розігнався до швидкості світла у вакуумі – він просто не може зупинитися або рухатися повільніше. Взаємодія з речовиною може стати причиною зникнення фотона (коли світло поглинається), його перетворення в інші частинки, але не гальмування.

З формули спеціальної теорії відносності для енергії частинки Фотони. Люмінесценція й для її імпульсу Фотони. Люмінесценція можна виключити швидкість частинки с й вивести співвідношення Фотони. Люмінесценція

Отже, для частинки з нульовою масою Е = ср. Звідси одержуємо вираз для імпульсу фотона: Фотони. Люмінесценція

Скориставшись зв’язком між частотою v й довжиною світлової хвилі (v = с/?), одержуємо p = h/?. Напрямок імпульсу фотона збігається з напрямком поширення світла.

2. Люмінесценція

Деякі речовини самі випромінюють світло після того, як їх опромінили світлом. Це явище називають люмінесценцією. г Люмінесценція – нетеплове світіння речовини, що відбувається після поглинання нею енергії збудження.

Люмінесценція виникає під дією:

– світла;

– радіоактивного й рентгенівського випромінювань;

– електричного поля;

– під час хімічних реакцій і механічних впливів.

Приклади люмінесценції – світіння гниючого дерева, деяких комах, екрана телевізора.

На явищі люмінесценції заснований найважливіший напрямок квантової електроніки, що сприяв створенню квантових генераторів світла.

Існує кілька типів люмінесценції:

– катодолюмінесценція – зумовлена бомбардуванням твердих тіл швидкими електронами;

– хемілюмінесценція – світіння, що використовує енергію хімічних реакцій;

– фотолюмінесценція – світіння під дією видимого світла й ультрафіолетового випромінювання; її різновидом є флуоресценція й фосфоресценція;

Фотони. Люмінесценція

– рентгенолюмінесценція – світіння під дією рентгенівських променів;

– радіолюмінесценція – виникає внаслідок опромінення речовини гамма-випромінюванням;

– електролюмінесценція – виникає під час пропущення електричного струму через люмінофори певних типів.

Фотони. Люмінесценція

Лазерна указка

3. Корпускулярно-хвильовий дуалізм

Класична фізика завжди чітко розмежовувала об’єкти, що мають хвильову природу (наприклад, світло й звук), і об’єкти, що мають дискретну корпускулярну структуру (наприклад, системи матеріальних точок). Одне з найзначніших досягнень сучасної фізики – переконання в помилковості протиставлень хвильових і квантових властивостей світла. Розглядаючи світло як потік фотонів, а фотони як кванти електромагнітного випромінювання, що мають одночасно хвильові й корпускулярні властивості, сучасна фізика змогла об’єднати, здавалося б, непримиренні теорії – хвильову й корпускулярну. У результаті виникло уявлення про корпускулярно-хвильовий дуалізм, що було покладено в основу всієї сучасної фізики.

O Корпускулярно-хвильовий дуалізм – прояв у поводженні того самого об’єкта як корпускулярних, так і хвильових властивостей.

Отже, квант світла – це не хвиля, але й не корпускула в розумінні Ньютона. Фотони – особливі мікрочастинки, енергія й імпульс яких (на відміну від звичайних матеріальних точок) виражаються через хвильові характеристики – частоту й довжину хвилі.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. Як пов’язана енергія й маса в теорії відносності?

2. Чи може фотон перебувати в стані спокою в якій-небудь інерційній системі відліку?

3. Чи змінюється енергія фотона у разі переходу з одного середовища в інше?

Другий рівень

1. Порівняйте енергії фотонів, що відповідають зеленому й червоному світлу.

2. Назвіть відмітні властивості частинок речовини й частинок електромагнітного поля (фотонів).

3. Які хвильові і корпускулярні характеристики світла пов’язує формула Планка:

E = hv.

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. Наведіть приклади прояву корпускулярних і хвильових властивостей світла.

2. Порівняйте енергії фотонів інфрачервоного, ультрафіолетового й рентгенівського випромінювань.

2). Навчаємося розв’язувати задачі

1. Знайдіть імпульс фотона видимого світла, довжина хвилі у вакуумі якого 600 нм.

2. Знайдіть імпульс фотона ультрафіолетового випромінювання частотою 1,5-1015 Гц.

3. На поверхню твердого тіла нормально падає випромінювання лазера, довжина хвилі якого 660 нм. Який імпульс передає поверхні кожний фотон, що падає?

Розгляньте два випадки:

А) поверхня чорна;

Б) поверхня дзеркальна.

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

– Основні властивості фотона:

1. Є частинкою електромагнітного поля.

2. Рухається зі швидкістю світла.

3. Існує тільки в русі.

4. Зупинити фотон не можна: він або рухається зі швидкістю світла, або не існує.

– Люмінесценція – нетеплове світіння речовини, що відбувається після поглинання нею енергії збудження.

– Корпускулярно-хвильовий дуалізм – прояв у поводженні того самого об’єкта як корпускулярних, так і хвильових властивостей.

Домашнє завдання

1. Підр.: § 26 (п. 4).

2. 3б.:

Рів1 № 15.2; 15.4; 15.7; 15.9.

Рів2 № 15.25; 15.26; 15.28; 15.29.

Рів3 № 15.38, 15.39.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...


Сонячний час.
Ви зараз читаєте: Фотони. Люмінесценція