Номер 3, страница 69, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

3. В каких явлениях проявляются квантовые свойства излучения?

3. Квантовые (корпускулярные) свойства излучения — это свойства, которые проявляются, когда электромагнитное излучение (свет, рентгеновские лучи и т.д.) ведет себя не как непрерывная волна, а как поток дискретных частиц, называемых квантами или фотонами. Каждый фотон обладает определённой энергией и импульсом. Эти свойства наиболее ярко проявляются при взаимодействии излучения с веществом. Основные явления, демонстрирующие квантовую природу излучения, следующие:

Фотоэлектрический эффект (фотоэффект). Это явление испускания электронов веществом под действием света. Его ключевые закономерности не могут быть объяснены волновой теорией света: во-первых, существование «красной границы» — минимальной частоты света, ниже которой фотоэффект не происходит, независимо от интенсивности освещения; во-вторых, линейная зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты света и её независимость от интенсивности; в-третьих, практически мгновенное начало испускания электронов после начала освещения (безынерционность). Альберт Эйнштейн объяснил эти факты, предположив, что свет поглощается отдельными порциями — фотонами. Энергия одного фотона $E = h\nu$, где $\text{h}$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота света. Эта энергия расходуется на работу выхода электрона из вещества $A_{вых}$ и на сообщение ему кинетической энергии $E_к$. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: $h\nu = A_{вых} + E_к$.

Эффект Комптона. Это явление упругого рассеяния коротковолнового электромагнитного излучения (например, рентгеновского) на свободных или слабосвязанных электронах вещества. При этом наблюдается увеличение длины волны рассеянного излучения, которое зависит от угла рассеяния. Волновая теория предсказывает, что длина волны меняться не должна. Артур Комптон объяснил это явление как результат упругого столкновения двух частиц: налетающего фотона и покоящегося электрона. В ходе этого столкновения выполняются законы сохранения энергии и импульса, что и приводит к уменьшению энергии (и увеличению длины волны) фотона и появлению у электрона импульса отдачи.

Тепловое излучение абсолютно чёрного тела. Классическая физика не смогла объяснить экспериментально полученный спектр излучения нагретых тел (это приводило к так называемой «ультрафиолетовой катастрофе»). В 1900 году Макс Планк выдвинул гипотезу, согласно которой атомы испускают и поглощают энергию не непрерывно, а дискретными порциями — квантами. Энергия каждого кванта пропорциональна частоте излучения: $E = h\nu$. Это предположение позволило получить формулу, идеально описывающую спектр теплового излучения, и положило начало квантовой теории.

Линейчатые спектры атомов. Атомы испускают и поглощают свет только на строго определённых частотах, что проявляется в виде отдельных линий в их спектрах. Это объясняется тем, что электроны в атоме могут находиться только на дискретных энергетических уровнях. Излучение или поглощение света происходит при переходе электрона с одного уровня на другой, при этом испускается или поглощается один фотон с энергией, точно равной разности энергий этих уровней: $h\nu = |E_m - E_n|$.

Ответ: Квантовые свойства излучения проявляются в таких явлениях, как фотоэлектрический эффект, эффект Комптона, тепловое излучение абсолютно чёрного тела, а также в линейчатых спектрах испускания и поглощения атомов.