і подвійністю властивостей світла. Після вивчення фотоефекту та явища Комптона узагальнюють отримані учнями знання про фотоні і обговорюють корпускулярно-хвильовий дуалізм його властивостей. При підготовці до цього уроку школярі повторюють як уже пройдений до цього матеріал, так і матеріал про електромагнітних хвилях розділу "Електродинаміка". У ході бесіди вчитель підводить їх до наступних висновків:
1) Фотон - частинка електромагнітного випромінювання (квант електромагнітного поля).
2) Фотон, будучи квантом електромагнітного поля, існує тільки в русі. Він або рухається зі швидкістю, що дорівнює швидкості світла у вакуумі, або не існує. Зупинити, уповільнити і прискорити фотон не можна, як не можна збільшити або зменшити швидкість світла у вакуумі.
3) Ці частинки порівняно легко можуть зароджуватися (випромінюватися) і зникати (поглинатися). Фотони неподільні. Коли атом випускає або поглинає світло, то це випускання і поглинання відбувається тільки цілими фотонами. Поглинений фотон припиняє своє самостійне існування, а його енергія перетворюється в якийсь інший вид енергії.
4) Фотон має певною енергією, масою та імпульсом. Енергія фотона. За законом взаємозв'язку маси і енергії енергія фотона пов'язана з масою співвідношенням, отже, маса фотона дорівнює
.
Маса фотона - міра його енергії. Цю масу потрібно розглядати як польову масу, обумовлену тим, що електромагнітне поле володіє енергією.
Так як фотон існує тільки в русі, то у нього немає маси спокою. Маса спокою фотона дорівнює нулю, і в цьому принципова відмінність фотона від частинок речовини.
Імпульс фотона дорівнює
.
Імпульс - векторна величина. Напрямок вектора імпульсу фотона співпадає з напрямком поширення світла. Наявність у фотона імпульсу підтверджує існування світлового тиску і ефектом Комптона.
Учні повинні усвідомити, що світло проявляє і хвильові і корпускулярні властивості, тобто він володіє дуалізмом властивостей. Це знаходить своє вираження, зокрема, в формулах, що визначають корпускулярні характеристики фотона (енергію, імпульс, масу) через частоту:
;;.
У прояві подвійності властивостей світла є певна закономірність. Так як енергія окремого фотона при малих частотах (наприклад, у інфрачервоного світла) мала, то для цього діапазону частот корпускулярні властивості проявляються слабо, а більшою мірою проявляються хвильові властивості випромінювання. Інтерференцію, дифракцію, поляризацію такого випромінювання легко демонструють за допомогою нескладної апаратури, фотохімічні ж дії виявити важче. При великих частотах (Коли енергія окремого фотона порівняно велика) корпускулярні властивості світла виявити легше. У видимому світлі хвильові і корпускулярні властивості проявляються приблизно в рівній мірі. Відображення, заломлення, тиск світла можна пояснити як на основі хвильових, так і на основі корпускулярних уявлень.
Зауважимо, що при деяких умов в типово хвильовому явищі виявляються квантові властивості світла. Наприклад, ці властивості виявлені у відомих дослідах С. І. Вавилова по квантовим флуктуацій в інтерференційному поле при малих світлових потоках. Свої спостереження флуктуації світлових потоків С. І. Вавилов розглядав як одне з найважливіших доказів квантових властивостей випромінювання.
Щоб учні переконалися в цьому, корисно запропонувати їм визначити частоту, імпульс, енергію фотонів, відповідних різним довжинам хвиль оптичного діапазону.
Обговорення даних допоможе школярам отримати більш конкретні уявлення про шкалою електромагнітних хвиль і зрозуміти, чому в короткохвильовій області в більшій ступеня виявляються корпускулярні властивості, а хвильові проявляються слабше. Наприклад, якщо зіставити випромінювання двох однакових за потужністю джерел світла (червоного (видимого) і рентгенівського), то можна побачити, що енергія фотона рентгенівського випромінювання у багато разів більше енергії фотона видимого світла і при однаковій інтенсивності щільність фотонів червоного світла в 1000-100000 разів більше щільності рентгенівського випромінювання. p> З умов рівності інтенсивностей слід
,
де n - число фотонів, що проходять за 1 с через поверхню одиничної площі, звідки
.
Тому червоне випромінювання проявляється як безперервне, а рентгенівське - як щось дискретне.
Доцільно запропонувати учням передбачити, які (хімічні, біологічні та ін) дії можуть надавати різні види випромінювань.
Для підкреслення дуалізму властивостей світла корисно заповнити таблицю, в якій вказані основні фізичні величини, що відображають діалектичну єдність дискретності (Переривчастості) і континуальности (безперервності) матерії. При поясненні особливу увагу звертають на розгляд формул, які об'єднують обидва класи величин.
Фізичні величини, використовувані для опису хвильових властиво...
