Номер 5, страница 219 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Элементы квантовой физики. Параграф 51. Фотоэффект. Вопросы для самопроверки - номер 5, страница 219.

Условие.

5. В чём состоит гипотеза Планка и Эйнштейна?

Решение.

В чём состоит гипотеза Планка и Эйнштейна?

Гипотеза Планка и Эйнштейна, также известная как квантовая гипотеза света, является фундаментальным положением квантовой физики. Она утверждает, что электромагнитное излучение (включая свет) испускается, распространяется и поглощается не непрерывно, а дискретными порциями, которые называются квантами. Эта гипотеза была сформулирована в два этапа.

1. Гипотеза Планка (1900 г.). Пытаясь объяснить спектр излучения абсолютно чёрного тела, немецкий физик Макс Планк предположил, что атомы вещества могут испускать и поглощать энергию только определёнными порциями — квантами. Энергия одного такого кванта ($\text{E}$) оказалась прямо пропорциональна частоте излучения ($\nu$):

$E = h\nu$

Здесь $\text{h}$ — это фундаментальная константа, названная постоянной Планка ($h \approx 6,626 \cdot 10^{-34}$ Дж·с).

2. Развитие гипотезы Эйнштейном (1905 г.). Альберт Эйнштейн расширил идею Планка. Он предположил, что не только процессы излучения и поглощения дискретны, но и само электромагнитное излучение состоит из потока таких квантов. Эти кванты света позже были названы фотонами. Используя эту гипотезу, Эйнштейн смог объяснить закономерности фотоэффекта — явления выбивания электронов из вещества под действием света, — что стало решающим доказательством корпускулярной природы света.

Таким образом, суть гипотезы Планка и Эйнштейна заключается в том, что свет обладает двойственной природой: он ведёт себя и как электромагнитная волна, и как поток частиц (фотонов), энергия которых зависит от их частоты.

Ответ: Гипотеза Планка и Эйнштейна заключается в том, что электромагнитное излучение испускается, поглощается и распространяется дискретными порциями энергии — квантами (фотонами). Энергия каждого кванта прямо пропорциональна частоте излучения ($E = h\nu$).

6. Что такое фотон?

Фотон — это элементарная частица, которая является квантом (наименьшей, неделимой порцией) электромагнитного излучения, включая видимый свет, рентгеновские лучи, радиоволны и т.д. Фотон можно представить как частицу света. Он является переносчиком электромагнитного взаимодействия.

Основные свойства фотона:

Масса покоя: равна нулю. Фотон не может находиться в состоянии покоя и всегда движется.

Скорость: в вакууме фотон движется с фундаментальной скоростью — скоростью света $c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с.

Энергия: энергия фотона ($\text{E}$) пропорциональна частоте ($\nu$) и обратно пропорциональна длине волны ($\lambda$) соответствующего ему электромагнитного излучения:

$E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$

где $\text{h}$ — постоянная Планка, а $\text{c}$ — скорость света.

Импульс: фотон, несмотря на отсутствие массы покоя, обладает импульсом ($\text{p}$):

$p = \frac{E}{c} = \frac{h}{\lambda}$

Электрический заряд: равен нулю. Фотон — электрически нейтральная частица.

Фотон является проявлением корпускулярно-волнового дуализма: он обладает свойствами как частицы (например, в эффекте Комптона и фотоэффекте), так и волны (участвует в явлениях интерференции и дифракции).

Ответ: Фотон — это безмассовая элементарная частица, являющаяся квантом электромагнитного излучения (света), которая всегда движется со скоростью света в вакууме и обладает энергией и импульсом.