Для закріплення рівняння Ейнштейна вирішують завдання на обчислення швидкості і енергії електронів, червоною кордону фотоефекту, роботи виходу.
Рис. 5
br/>
3.2. ЕФЕКТ Комптон
Формування уявлень про фотоні, розпочате при вивченні: фотоефекту, продовжують при вивченні наступних питань курсу - ефекту Комптона, тиску світла, хімічного дії світла.
Особливо важливе значення для доказу квантових властивостей світла має вперше введене в програму фізики загальноосвітньої середньої школи поняття про ефект Комптона. До цього дане явище, яке є вирішальним підтвердженням наявності у фотона імпульсу, вивчалося тільки на факультативному курсі і в класах з поглибленим вивченням фізики.
Комптонівське ефект полягає в зміні частоти випромінювання при розсіюванні рентгенівських променів "легкими" речовинами (графіт, парафін та ін.) Особливість цих речовин - відносно слабка зв'язок зовнішніх електронів в атомі з ядрами. Це явище було виявлено в 1923 р. і докладно досліджено американським фізиком А. Комптоном, який встановив, що різниця частот (довжин хвиль) первинного (Падаючого) і розсіяного випромінювання залежить тільки від кута розсіювання. p> Цікаво відзначити, що саме А. Комптон назвав кванти світла фотонами. Надалі А. Комптон і незалежно П. Дебай теоретично пояснили явища з квантових позицій, розглядаючи розсіяння як результат взаємодії рентгенівських квантів падаючого випромінювання з майже вільними електронами речовини, застосовуючи до цього процесу закони збереження енергії та імпульсу. Отримана залежність:
,
де m 0 - маса частки, на якій відбувається розсіяння, прекрасно узгоджувалася з експериментальними даними.
Формулу для зміни довжини хвилі комптонівського розсіювання в шкільному курсі не дають, але підходи до її висновку на підставі розгляду законів збереження (енергії і імпульсу) для системи електрон - фотон можна привести.
Порядок міркувань може бути приблизно таким.
Пояснити спостережуване відмінність частот первинного і розсіяного випромінювань з хвильових позицій не представляється можливим. Дійсно, механізм розсіяння рентгенівського випромінювання згідно хвильової теорії світла можна пояснити тільки за рахунок виникнення вторинних електромагнітних хвиль в результаті вимушених коливань ("розгойдування") електронів в атомах речовини під дією електричного поля первинної хвилі. При цьому частота розсіяного випромінювання повинна збігатися з частотою первинного випромінювання.
Якщо вважати потік рентгенівських променів складається з окремих фотонів, що летять зі швидкістю світла і здатних відчувати зіткнення з іншими частками, то слід допустити можливість обміну з ними енергією і імпульсом.
Рентгенівський фотон з частотою ОЅ має енергією, масою, імпульсом. Енергія електрона до зіткнення m 0 c 2 (де m 0 - маса спокою електрона, так як електрон до зіткнення вважають нерухомим у даній системі відліку). p> При зіткненні фотона з електроном відбувається передача енергії та імпульсу фотона цього електрону. Електрон набуває кінетичну енергію. Енергія випущеного в Внаслідок зіткнення фотона менше початкової, що призводить до зменшення його частоти.
При елементарному акті розсіювання повинен виконуватися закон збереження енергії і закон збереження імпульсу (для системи фотон - електрон, яку можна вважати ізольованою):
;
,
де m 0 c 2 - повна енергія нерухомого електрона, m c 2 - повна енергія електрона після зіткнення з фотоном, - енергія первинного фотона, - енергія фотона після зіткнення з електроном (розсіяного фотона), і - імпульси первинного і розсіяного фотонів; - імпульс електрона після зіткнення з фотоном (,В ,). p> Спільне рішення цих рівнянь, виконане на основі уявлень про фотоні як частці, здатної відчувати зіткнення з електроном за законами релятивістської механіки, тобто з урахуванням того, що електрон після зіткнення набуває швидкість, близьку до швидкості світла, і його масу розраховують за формулою:
,
дає результат, співпадає з даними експерименту (з емпіричної формулою Комптона).
Як показують досліди, кожному фотону, що відчуває розсіювання на кут П† , супроводжує появу електрона, що рухається саме з такою швидкість ю П… і під таким кутом до напрямку первинного пучка фотонів, який виходить при вирішенні відповідних рівнянь.
3.3. Фотонів. Подвійні властивості СВІТЛА
Одна з основних завдань вчителя при вивченні світлових квантів і дій світла - ознайомити учнів з властивостями фотона...
