2020-06-08
360
Пользуясь уравнением Эйнштейна, можно определить постоянную Планка, для этого нужно экспериментально определить частоту света 
, работу выхода A, и кинетическую энергию фотоэлектронов. Это было проделано, получено значение 
, совпадающее с тем, которое было найдено Планком теоретически при изучении совершенно другого явления – теплового излучения.
В физике нам часто встречались константы (например, число Авогадро, температура кипения воды, универсальная газовая постоянная и пр.). Такие константы неравноправны, среди них есть так называемые фундаментальные, на которых строится здание физики. Постоянная Планка – одна из таких констант, помимо неё, к фундаментальным константам относятся скорость света и гравитационная постоянная.
Одну порцию излучения можно считать частицей света – фотоном. Энергия фотона равна одному кванту 
. В формулировках задач мы будем равноправно использовать термины «энергия фотона» и «квант энергии света». Также эти свойства света называют корпускулярными (корпускула – значит частица).
В соответствии с гипотезой Планка энергия излучения складывается из минимальных долей 
, т. е. полная излученная энергия принимает дискретные значения:
где 
– натуральное число.
Так как размер минимальной порции энергии – , то, например, порция (или квант) излучения в красном диапазоне имеет меньшую энергию, чем порция (или квант) излучения в ультрафиолетовом диапазоне.
Задача
Решим следующую задачу.
Мощность излучения лазерной указки с длиной волны 
равна 
. Определите число фотонов, излучаемых указкой за 2 с.
Анализ условия:
- в задаче описывается излучение лазерной указки и речь идет о количестве фотонов, то есть рассматривается квантовая модель излучения;
- мы знаем, что энергия одного фотона равна 
или, сразу перейдя к длине волны, запишем 
, потому что из формулы 
можно выразить частоту 
;
- за секунду лазер испускает 
фотонов, понятно, что их суммарная энергия равна 
;
- по определению мощность излучения – это энергия, которая излучается за единицу времени: 
.
Решение
Мы уже описали протекающие процессы математически с помощью формул, законов, которым они подчиняются. На этом физика закончилась и осталась математика – выразить искомую величину.
Мощность излучения равна:
Где суммарная энергия испускаемых за секунду фотонов равна . Запишем:
Энергия одного фотона равна . Тогда конечное выражение для мощности примет вид:
Осталось только выразить и вычислить количество фотонов:
Ответ: 
фотонов.
Итоги
Итак, излучение проявляет свойства потока частиц – фотонов. Получается, всё то, что мы знаем про свет как электромагнитную волну, неправильно? Нет, свет, как и волна, всё так же подчиняется законам интерференции, дифракции, и это нельзя отрицать, это подтверждается экспериментально. Поэтому спор, какая модель правильная, бессмыслен, потому что свет проявляет свойства и волны, и частицы. И одни свойства у нас получается изучать, применяя модель света как непрерывной волны, а другие – описывая свет, как поток квантов с энергией 
, зависящей от частоты.
На этом наш урок окончен, спасибо за внимание!
Список литературы
1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: Справочник с примерами решения задач. – 2-е издание, передел. – X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
2. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М., Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений – 23-е изд. – М.:2014. – 400 с.
