6.1. Тепловое излучение. Фотоэффект. Формула Эйнштейна для фотоэффекта.

Цель: применять законы Стефана-Больцмана, Вина и формулу Планка для описания теплового излучения абсолютно черного тела и обоснования ультрафиолетовой катастрофы; объяснять природу фотоэффекта и приводить примеры его применения; использовать законы фотоэффекта и уравнение Эйнштейна при решении задач.



Рис. 44. Видимый свет.

Красная граница фотоэффекта для калия  . Какую максимальную скорость могут иметь фотоэлектроны, вылетающие с поверхности калиевого фотокатода при облучении его светом с диной волны  ?

Анализ условия.

• 
  В задаче описан фотоэффект, значит, будем использовать уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:  .
  
• 
  Красная граница фотоэффекта – это минимальная частота, при которой наблюдается фотоэффект, при этом энергии фотона хватает только на выбивание электрона из вещества, но кинетическая энергия электрону не сообщается:  .
  
• 
  Мы легко переходим от частоты к длине волны, используя формулу  .
  

Решение

Применим к данной задаче уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и выражение для красной границы. В задаче заданы значения длин волн, поэтому сразу перейдем от частот к длинам волн по формуле  . Запишем: 



Получили систему уравнений, решив которую, найдем максимальную скорость электрона. Получим ответ около 580 км/с.

Математическая часть решения задачи



Подставим выражение для работы выхода из второго уравнения в первое:

---

Выразим отсюда искомую скорость:



Вычислим:



6.2. Световые кванты. Формула Планка. Формула Эйнштейна для световых квантов.

Цель: применять формулу Планка и формулу Эйнштейна для световых квантов.

Решение задач

1. Длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта, для натрия составляет 530 нм. Определите работу выхода электронов из натрия.

2. Работа выхода электронов из золота равна 4,76 эВ. Найдите красную границу фотоэффекта для золота.

3. Работа выхода электронов из ртути равна 4,53 эВ. Возникнет ли фотоэффект, если на поверхность ртути направить видимый свет?

4. Работа выхода электронов из кадмия равна 4,08 эВ. Какова частота света, если максимальная скорость фотоэлектронов равна 7,2•105 м/с?

5. Определите максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, вылетающих из калия при его освещении лучами с длиной волны 345 нм. Работавыходаэлектроновизкалияравна 2,26эВ.

Дополнительно:

6. Максимальная энергия фотоэлектронов, вылетающих из рубидия при его освещении ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 317 нм, равна 2,84•10^-19 Дж. Определите работу выхода и красную границу фотоэффекта для рубидия.

Рефлексия.

1. Как решается каждая из задач?

2. На какие формулы тем были задачи?
6.3. Строение атома. Постулаты Бора.
Цель: изучить строение атома и запомнить его структуру, а также применять постулаты Бора в решении задач.


Рис. 45. Планетарная модель атома Э. Резерфорда.




Рис. 46. Модель атома Дж. Дж. Томсона – «пудинг с изюмом».

В 1913 Бор создал квантовую модель строения атома. В основу положены «постулаты»:

1. Электроны в атоме могут двигаться не по любым орбитам, а только по орбитам определенного радиуса – стационарным орбитам. 

---

m_evr=nh/2π где m_e – масса электрона, v – его скорость, r – радиус стационарной орбиты, h – постоянная Планка, n – квантовое число.

2. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением или поглощением энергию

3. Переход электрона с одной стационарной орбиты на другую сопровождается излучением или поглощением энергии. hν=W₁-W₂ где W₁иW₂ – энергия стационарных состояний атома до и после излучения или поглощения энергии

Рефлексия.

1. Как решается каждая из задач?

2. На какие формулы тем были задачи?

6.4. Атомное ядро. Радиоактивность.
Цель: рассмотреть атомное ядро и понятие радиоактивности.



Рис. 47. Конспект по атомному ядру.
Радиоактивность (от лат. radio – излучаю и activue – деятельный) – свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав – заряд Z, массовое число А путем испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов.

Явление радиоактивности было открыто Беккерелем в 1896 г. при его исследованиях люминесценции солей урана: он обнаружил спонтанное испускание неизвестного излучения. Иссле­дование других химических элементов на предмет радиоактивности позволило в 1898 г. Марии Склодовской-Кюри во Франции (и другим ученым) обнаружить свечение тория, а затем выделить неизвестный ранее элемент — полоний (названный так в честь родины Марии Кюри — Польши). Спустя некоторое время был открыт элемент радий, дающий очень интенсивное излучение. Яв­ление самопроизвольного излучения по предложению Марии и Пьера Кюри было названо радиоактивностью. Вскоре Э. Резерфорд и супруги Кюри установили, что радиоактивное излучение состоит из лучей трех видов: α-лучей, состоящих из положительных α-частиц (являющихся ядрами гелия), β-лучей, или отрицательно за­ряженных β-частиц (которые оказались электронами), и γ-лучей, не имеющих заряда, которые оказались γ-квантами (жестким электромагнитным излучением). Классический опыт, позволивший обнару­жить сложный состав радиоактивного излучения, изображен на рисунке ниже. На излучение препарата радия, помещенного на дно узкого ка­нала в куске свинца, действовало сильное магнитное поле с линиями индукции, перпендикулярными лучу. Перпендикулярно каналу рас­полагалась фотопластинка. Вся установка размещалась в вакууме. По отклонению луча определялся заряд частиц, его составляющих.

---

Гамма-лучи.

То, что это электромагнитная волна, было доказано опытами по дифракции на кристаллах. В ходе этих опытов была определена длина волны γ-лучей: от 10^-8 до 10^-11 см. Их проникающая способность гораздо выше, чем у рентгеновских лучей. На шкале электромагнитных волн γ-лучи следуют непос­редственно за рентгеновскими. Скорость распространения, как у всех электромагнитных волн, — 300 000 км/с.

Бета-лучи.

Бета-лучи были идентифицированы как электроны, движущиеся со скоростями, близкими к скорости света, по сильному отклонению как в магнитном, так и электрическом поле. Скорости β-частиц, испущенных радиоактивным элементом, различны, что приводит к расширению пучка (см. рис. выше).

Альфа-частицы.

Альфа-частицы отклоняются в магнитном и электрическом полях меньше других, что затрудняло их идентификацию. Окончательно природу α-частиц удалось выяснить Э. Резерфорду. С помощью экспериментов в магнитном поле он определил соотношение заряда и массы. С помощью счетчика Гейгера измерил количество частиц, испущенных препаратом за определенное время, а с помощью электрометра определил их суммарный заряд, рассчитав, таким образом, заряд одной α-частицы (+2). Экспериментально природа альфа-частиц была подтверждена с помощью спектрального анализа газа, образовавшегося за несколько дней в резервуаре, в котором Резерфорд собирал α-частицы. Каждая α-частица захватывала два электрона и превращалась в гелий.

Радиоактивные превращения. Альфа-, бета-, гамма-распад.

В процессе исследования явления радиоактивности обнаружилось, что радиоактивные элементы в результате испускания радиоактивного излучения превращаются в другие элементы. При радиоактивном распаде происходит цепочка последовательных превращений атомов.

После того, как было открыто атомное ядро, сразу стало ясно, что именно оно претерпевает превращения при радиоактивных распадах. Ведь на электронных оболочках нет α-частиц. а уменьшение числа электронов оболочки превращает атом в ион. а не в новый химический элемент.

Правило смещения. Превращения ядер подчиняются так называемому правилу смещения, сформулированному впервые Содди: при α-распаде ядро теряет положительный заряд 2е, и мас­са его убывает приблизительно на четыре атомные единицы массы. В результате элемент смещается на две клетки к началу Периодической системы. Это записывается так: 

---

.

Здесь элемент обозначается общепринятыми символами. Заряд ядра указывается в виде ин­декса внизу слева от символа элемента, а атомная масса — в виде индекса слева вверху символа. Для α-частицы, являющейся ядром атома гелия, применяют обозначение  .

При β-распаде атом теряет электрон. В результате заряд ядра увеличивается на единицу, масса остается почти неизменной:



Здесь   обозначает электрон: индекс 0 сверху означает, что масса его очень мала по сравнению с атомной единицей массы. После β-распада элемент смещается на одну клетку ближе к концу Периодической системы.

Гамма-излучение не сопровождается изменением заряда; масса же ядра меняется ничтожно мало.

Рефлексия.

1. Как решается каждая из задач?

2. На какие формулы тем были задачи?

---

Смотрите также файлы

• Страдательные причастия настоящего времени Повторение изученного.pptx

• 3 Криптографические методы защиты информации. (4 ак ч.) 3.docx

• Лекция использование цифровых технологий для индивидуализации обучения.docx

• Протокол 1 от августа 2022года Руководитель шмо О. С. Михайлюта Согласовано.docx

• Задание 1 Сформулируйте цели и задачи прохождения практики с учетом задач практики, установленных в программе практики, описав в отчете исходные данные, условия задачи и цели ее решения.docx