Конспект урока : « Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм»

Законы фотоэффекта Столетова и уравнение Эйнштейна для фотоэффекта не оставляли сомнений в прерывистом характере излучения и поглощения света веществом.

При испускании и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц с энергией E=h*ϑ. Порция света оказалась очень похожей на частицу.

Свойства света, обнаруженные при излучении и поглощении, – корпускулярные.

световая частица = фотон = квант электромагнитного излучения (Рис. 1)

Рис. 1

Согласно теории относительности, энергия всегда связана с массой соотношением (Рис. 2):

Рис. 2

где m – масса фотона

Фотон лишен массы покоя, то есть он не существует в состоянии покоя и при рождении сразу имеет скорость света.

Масса движущегося фотона (Рис. 3):

Рис. 3

По известной массе и скорости фотона можно найти его импульс (Рис. 4):

Рис. 4

Через длину волны, импульс фотона (Рис. 5):

Рис. 5

Импульс фотона направлен по световому лучу.

В современной физике фотон рассматривается как одна из элементарных частиц. Чем больше частота, тем больше энергия и импульс фотона, тем отчетливее выражены корпускулярные свойства света.

Энергия фотонов видимого излучения очень незначительна. Например, фотоны, соответствующие зеленому цвету, обладают энергией E=4*10^-19 Дж.

Сергей Иванович Вавилов установил, что человеческий глаз – это тончайший из приборов, он способен реагировать на различия освещенности, измеряемые единичными квантами.

Ученые были вынуждены ввести представления о свете как о потоке частиц. Но интерференция и дифракция света определенно говорят о наличии у света волновых свойств.

Свет обладает дуализмом.

Дуализм – двойственность свойств.

Встал вопрос о том, что, может быть, все элементарные частицы обладают не только корпускулярными свойствами, но и волновыми. Эту мысль высказал французский ученый Луи де Бройль.

Предположив, что с распространением частиц связано распространение некоторых волн, де Бройль сумел найти длину этих волн. Связь длины волны с импульсом частицы оказалась точно такой же, как и у фотонов.

Длина волны де Бройля (Рис. 6):

Рис. 6

Предсказанные де Бройлем волновые свойства частиц впоследствии были обнаружены экспериментально.

Наблюдается дифракция и интерференция электронов и других частиц. Картина, которая получается при дифракции и интерференции электронов, полностью совпадает с картиной световых волн (Рис. 7).

Рис. 7

Дифракция и интерференция электронов и других частиц наблюдается на кристаллах. Здесь мы видим картину, подобную той, что получается при дифракции рентгеновских лучей (Рис. 8).