Фундаментальні досліди з квантової оптики та їх висвітлення в шкільному курсі фізики

у вакуумній трубці Т. Напруга між ними змінюється за допомогою потенціометра П.

Дослідження залежності фотоструму від різниці потенціалів між катодом і анодом у разі опромінювання катода монохроматичним світлом показали що фотострум існує не тільки тоді, коли , але й тоді, коли . Він припиняється для даної речовини катода тільки при певній величині від’ємного значення різниці потенціалів , яка називається гальмівною напругою. Вона не залежить від інтенсивності світла.

Мал.2

Мал.3

Зі збільшенням напруги сила фотоструму зростає і при деякому значенні досягає насичення (рис.2). Узагальнюючи результати експериментальних даних встановлено такі закономірності фотоефекту: сила фотоструму насичення І прямо пропорційна світловому потоку Ф, що падає на катод (рис.2), криві (1,2); гальмівна напруга лінійно залежить від частоти і не залежить від його інтенсивності; початкова кінетична енергія звільнених світлом електронів лінійно залежить від частоти світла і не залежить від його інтенсивності; фотоефект не виникає, якщо частота світла менша від деякої характерної для даного металу величини ; фотоефект явище безінерційне, тобто з припиненням освітлення він припиняється.

Додаток 7

План-конспект уроку, з фізики.

Тема заняття:Дослід Юнга.

Мета заняття:

Навчальна: Сформувати знання про дослід Юнга.

Розвиваюча: розвивати у школярів увагу та уміння здійснювати самоконтроль.

Профорієнтаційна: формувати в учнів стійкі професійні інтереси.

Тип уроку:Комбінований урок.

Хід уроку.

Викладення нового матеріалу (розповідь вчителя)

Англійський вчений Т Юнг протягом всього свого життя займався вивченням оптичних явищ. Інтерес до них був викликаний результатами дослідів по поляризацію світла, проведеними в 1810-1815 рр., і роботами в області оптики О.Ж.Френеля, виконаними в 1815-1823 рр. Юнг був прихильником ідей Френеля, переписувався з ним і перекладав його роботи на англійську мову.

В роботі «Про теорію світла і кольорів» Юнг писав, що світло є хвильовим процесом в заповнюючому Всесвіт світлоносному ефірі. Відчуття кольору, по Юнгу, залежать від різної частоти коливань, порушуваних світлом в сітківці. Далі Юнг пояснював кольори подряпин на непрозорих поверхнях і робив висновок про те, що ці кольори мають те ж походження, що і кольори тонких прозорих плівок. При цьому Юнг детально обговорював досліди Ньютона, в ході яких спостерігалися веселкові кільця.

В роботі «Лекція про природу світла і кольорів» з курсу лекцій «по натуральній філософії і механічним ремеслам» Т.Юнг висунув ідею про те, що, якщо світло — хвильовий процес, то для нього повинні спостерігатися ті ж явища, які характерні для механічних хвиль (наприклад, для хвиль на воді і для звуку). Юнгом був зроблений дуже важливий висновок про те, що для спостереження взаємного посилення або гасіння світлових хвиль (тобто для спостереження явища інтерференції) світло повинне виходити від одного джерела. При цьому світло слід розділяти за допомогою явищ дифракції, віддзеркалення або заломлення: світло повинне приходити в деяку область простору різними шляхами, але при цьому так, щоб різниця цих шляхів була не дуже велика.

Тепер ми розуміємо, що при великій різниці ходу не зможуть зустрітися цуги хвиль, отримані при розділенні яким-небудь чином хвильового цугу, утвореного в одному акті випуску світла атомом речовини.

Юнг запропонував найпростіший, на його думку, спосіб розділення світла від одного джерела на дві частини: пропустити світло через два дуже маленьких отвори або дві щілини в екрані, які можна розглядати як центри що розходяться у всі сторони пучків світла (мал. 4, де А — щілина, що є джерелом світла — вона виділяє вузький пучок світла від джерела, що знаходиться за нею; б і З — дві щілини в екрані, завдяки яким світло від джерела .А ділиться на дві частини). Якщо на шляху отриманих пучків світла поставити екран, то в області, куди потрапляє світло від обох отворів (або обох щілин) повинне спостерігатися взаємне посилення і гасіння світла залежно від відстаней, які світло пройшло, перш ніж потрапив в ту або іншу точку екрану (залежно від різниці ходу проміння).

На екрані дійсно спостерігалася картина, в центрі якою була біла пляма або біла смуга. Далі симетрично щодо центру картини розташовувалися кольорові смуги.

Досвід Юнга одночасно був прикладом інтерференції і дифракції світлових хвиль, оскільки інтерференційна картина виходила при накладенні двох пучків світла, утворених в результаті дифракції на двох отворах або двох щілинах.

В роботі Юнга не мовилося про спосіб формування пучка світла, падаючого на два отвори або дві щілини. Тепер ми розуміємо, що перша щілина А в установці Юнга була необхідна для тогна щілини В is. З падало світло тільки від близько розташованих ділянок реального світиться тіла, що знаходиться за першою щілиною. В цьому випадку щілини В і З «ділили» світло фактично від одного джерела на дві частини і тому ці щілини можна було вважати когерентними джерелами світла. Хвилі від когерентних джерел при накладенні давали інтерференційну картину.

Таким чином, досліди Юнга неспростовно свідчили про те, що світло є хвильовим процесом.

Домашнє завдання: доконспектувати дослід Юнга