Номер 5, страница 271 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 71. Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм. Глава 10. Световые кванты - номер 5, страница 271.

Условие.

5. Перечислите явления, объясняемые с точки зрения волновой теории, и явления, подтверждающие квантовые свойства света.

Решение.

Решение 2.

Свет обладает корпускулярно-волновым дуализмом, что означает, что в одних явлениях он проявляет себя как электромагнитная волна, а в других — как поток частиц (квантов или фотонов). Ниже перечислены явления, демонстрирующие эти две стороны природы света.

Явления, объясняемые с точки зрения волновой теории:

• Интерференция света — это явление перераспределения интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн. В результате в одних точках пространства наблюдается усиление света (конструктивная интерференция), а в других — ослабление (деструктивная интерференция). Классическим примером является опыт Юнга с двумя щелями, где на экране наблюдается чередование светлых и темных полос.

• Дифракция света — это явление огибания световыми волнами препятствий или отклонения от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия, соизмеримые с длиной волны. Дифракция объясняет, почему свет может проникать в область геометрической тени, и является причиной возникновения дифракционных картин (например, при прохождении света через одну щель или дифракционную решетку).

• Поляризация света — это выделение из естественного света электромагнитных колебаний, векторы напряженности электрического поля которых лежат в определенной плоскости. Это явление доказывает поперечность световых волн, так как только поперечные волны могут быть поляризованы. Продольные волны (например, звук в воздухе) поляризовать нельзя.

• Дисперсия света — это зависимость показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света. Именно благодаря дисперсии при прохождении через призму пучок белого света разлагается в спектр (радугу), так как лучи разного цвета (разной частоты) преломляются под разными углами.

Ответ: Интерференция, дифракция, поляризация и дисперсия света.

Явления, подтверждающие квантовые свойства света:

• Фотоэффект — это явление испускания электронов веществом под действием света. Волновая теория не могла объяснить его ключевые закономерности: существование «красной границы» (минимальной частоты света, ниже которой фотоэффект не наблюдается), мгновенность явления и прямую пропорциональность максимальной кинетической энергии фотоэлектронов частоте света. Объяснение было дано Альбертом Эйнштейном, который предположил, что свет состоит из дискретных частиц — квантов (фотонов), с энергией $E = h\nu$, где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота света.

• Эффект Комптона (комптоновское рассеяние) — это упругое рассеяние фотонов высоких энергий (например, рентгеновских лучей) на свободных или слабо связанных электронах, которое сопровождается увеличением длины волны рассеянного фотона. Это явление можно объяснить только рассматривая свет как поток частиц (фотонов), которые при столкновении с электронами обмениваются энергией и импульсом, подчиняясь законам сохранения, как при столкновении бильярдных шаров.

• Тепловое излучение абсолютно черного тела — спектр излучения, испускаемого нагретыми телами. Классическая волновая теория не могла правильно описать экспериментально наблюдаемое распределение энергии в спектре, предсказывая бесконечный рост интенсивности с уменьшением длины волны («ультрафиолетовая катастрофа»). Макс Планк решил эту проблему, предположив, что энергия излучается и поглощается не непрерывно, а дискретными порциями — квантами.

• Линейчатые спектры испускания и поглощения — атомы излучают и поглощают свет только на строго определенных, дискретных частотах, что проявляется в виде отдельных линий в их спектрах. Это объясняется тем, что электроны в атомах могут находиться только на дискретных энергетических уровнях. Переход электрона с одного уровня на другой сопровождается испусканием или поглощением одного фотона с энергией, точно равной разности энергий этих уровней.

Ответ: Фотоэффект, эффект Комптона, тепловое излучение, линейчатые спектры атомов.