Вопрос №7.

Двойственная природа света. Были обнаружены два замечательных свойства света - прямолинейность распространения в однородной среде и независимость распространения световых пучков, т. е. отсутствие влияния одного пучка света на распространение другого светового пучка. И. Ньютон в 1672 г. высказал предположение о корпускулярной природе света.

Корпускулярно-волновой дуализм. Законы фотоэффекта, явления взаимодействия света с веществом электромагнитная теория света объяснить не может. В 20 веке в физике утвердились представления о корпускулярно-волновом дуализме свойств света. Тот факт, что свет в одних опытах обнаруживает волновые свойства, а в других - корпускулярные, означает, что природа света более сложна. чем природа привычных нам тел окружающего мира. Свет не является совокупностью частиц. подобных маленьким дробинкам, нельзя его представлять себе и подобным звуковым волнам или волнам на поверхности воды. В любых световых явлениях при глубоком их изучении обнаруживается неразрывная связь корпускулярных и волновых свойств света. Рассматривая двойственную природу света, следует понимать, что эта двойственность означает одновременное наличие у света молекулярных и волновых свойств.

Фотоэффект Столетова. В колбе находится два электрода: катод и анод, На катод падает свет через окошко закрытое кварцевым стеклом (кварцевое стекло хорошо пропускает ультрафиолет). Из колбы откачан воздух. Между электродами подается напряжение, которое можно менять. Идущий в цепи ток измеряется с помощью амперметра. Установка позволяет установить связь между поданным на электроды напряжением и током (построить вольтамперную характеристику ВАХ). Результаты работы Столетова 1.ВАХ оказалась существенно нелинейной: при определенном напряжении ток переставал расти несмотря на рост напряжения. Это значение силы тока называется током насыщения. Объясняется появление тока насыщения просто: свет вырывает с единицу времени некоторое количество электронов, при малом напряжении только небольшая их часть долетают до анода, но при увеличении напряжения они все достигают анода. 2.Если между фотокатодом и анодом вакуумного фотоэлемента создать электрическое поле, тормозящее движение электронов к аноду, то при некотором значении задерживающего напряжения Uз анодный ток прекращается. Столетову удалось измерить это напряжение и по его величине рассчитать максимальную кинетическую энергию вырванных светом электронов.

Эффект Комптона - рассеяние электромагнитного излучения на свободном электроне, сопровождающееся уменьшением частоты излучения (открыт А. Комптоном в 1923 г.). В этом процессе электромагнитное излучение ведёт себя как поток отдельных частиц - корпускул (которыми в данном случае являются кванты электромагнитного поля - фотоны), что доказывает двойственную - корпускулярно-волновую - природу электромагнитного излучения. С точки зрения классической электродинамики рассеяние излучения с изменением частоты невозможно. Эффект Комптона- явление изменения длины волны излучения при его рассеивании.

Закон взаимосвязи массы и энергии Эйнштейна. Полная энергия Е тела (или частицы) пропорциональна релятивистской массе (закон взаимосвязи массы и энергии): Е = mс², где с ­скорость света в вакууме. Релятивистская масса зависит от скорости, с которой тело (частица) движется в данной системе отсчета. Наименьшей энергией Е_о тело (частица) обладает в системе отсчета, относительно которой оно покоится (v = О). Энергия Е_о называется собственной энергией или энергией покоя тела (частицы): Е_о = m₀с². Несохранение массы покоя не означает нарушения закона сохранения массы вообще. В теории относительности справедлив закон сохранения релятивистской массы. Он вытекает из формулы закона взаимосвязи массы и энергии Е = mс². В изолированной системе тел сохраняется полная энергия. Следовательно, сохраняется и релятивистская масса. В теории относительности законы сохранения энергии и релятивистской массы взаимосвязаны и представляют собой единый закон сохранения массы и энергии. Однако из этого закона отнюдь не следует возможность преобразования массы в энергию и обратно. Масса и энергия представляют собой два качественно различных свойства материи, отнюдь не «эквивалентных» друг другу. Превращение энергии системы из одной формы в другую сопровождается превращением массы. Например, в явлении рождения и уничтожения пары электрон - позитрон, в полном соответствии с законом сохранения релятивистской массы и энергии, масса не переходит в энергию. Масса покоя частиц (электрона и позитрона) преобразуется в массу фотонов, то есть в массу электромагнитного поля. Гипотеза Эйнштейна о существовании собственной энергии тела подтверждается многочисленными экспериментами. На основе использования закона взаимосвязи массы и энергии ведутся расчеты выхода энергии в различных ядерных энергетических установках.

Длина волны - расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, обычно длина волны обозначается греческой буквой . =h/n*v=h/p.

Вопрос №8.

Корпускулярно-волновой дуализм материи. Физик Луи де Бройль выдвинул гипотезу, согласно которой электрон и любые другие частицы должны иметь волновые свойства наряду с корпускулярными. Согласно де Бройлю длина волны, связанной с частицей, импульс которой равен р, равна =2hπ/p=h/p. Частота волны связана с энергией частицы формулой Планка: v=E/h. Прежде всего нужно было убедиться в существовании волн. для этого естественно попытаться обнаружить интерференцию или дифракцию этих волн. Впервые дифракция электронов при отражении от монокристаллов наблюдалась в 1927 г. американскими учеными К. Д. Дэвиссоном и Л. Х. Джермером. Таким образом, наличие волновых свойств у электронов является экспериментальным фактом. Впоследствии удалось наблюдать дифракцию электронов на искусственно изготовленной решетке. Волновые свойства обнаружены у всех видов материи. Наблюдение интерференции электронов было осуществлено в 1955 году. После открытия дифракции и интерференции электронов и других частиц сомневаться в том, что и корпускулярные и волновые свойства имеются у материи в любом ее проявлении, стало невозможно. В науку вошла идея о так называемом корпускулярно-волновом дуализме. Буквально "дуализм" означает двойственность, единство двух качеств. Однако электрон не может быть одновременно и частицей и волной. Следовательно, термины "волна" и "частица" можно употреблять лишь приближенно, условно.

Уравнение Луи де Бройля. =h/mv=h/p

Принцип неопределенности Гейзенберга. Невозможно с абсолютной точностью определить скорость движения е и его местоположение в пространстве.