Фотони. Константа на Планк
Светлината се излъчва и поглъща на порции, наречени фотони. Фотонът е квант на електромагнитното лъчение: той няма електричен заряд и се движи със скоростта на светлината. Енергията му е пропорционална на честотата: E = h·ν, където h ≈ 6,63·10−34 J·s е константата на Планк. Затова фотоните на виолетовата светлина носят повече енергия от тези на червената. Фотонът има и импулс p = h/λ.
Какво да запомним
- E = h·ν = h·c/λ.
- h ≈ 6,63·10−34 J·s.
- Импулс на фотона: p = h/λ.
- Удобна формула: E (eV) ≈ 1240/λ (nm).
- Фотонът няма заряд и маса на покой.
Пример
Фотон със λ = 500 nm има енергия E = 6,63·10−34·3·108/5·10−7 ≈ 4·10−19 J, т.е. около 2,5 eV.
Проверете се: 15 въпроса
Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.
Какво е фотон?
- Отрицателно заредена частица
- Ядро на хелия
- Квант (порция) на електромагнитното лъчение
- Звукова вълна
Отговор: Квант на светлината
Фотонът няма заряд и маса на покой и се движи със скоростта на светлината.
Колко е приблизително константата на Планк?
- 6,63·1034 J·s
- 1,6·10−19 J·s
- 6,63·10−34 J·s
- 6,67·10−11 J·s
Отговор: 6,63·10−34 J·s
С нея се пресмята енергията на фотона E = hν.
Каква е енергията на фотон с честота 5·1014 Hz? (h = 6,63·10−34 J·s)
- ≈ 3,3·10−19 J
- ≈ 1,3·10−48 J
- ≈ 3,3·10−20 J
- ≈ 7,5·1047 J
Отговор: ≈ 3,3·10−19 J
E = hν = 6,63·10−34·5·1014 ≈ 3,3·10−19 J.
Колко пъти енергията на фотон с λ = 400 nm е по-голяма от тази на фотон с λ = 800 nm?
- 4 пъти
- 2 пъти
- Равни са
- 0,5 пъти
Отговор: 2 пъти
E = hc/λ, т.е. е обратно пропорционална на дължината на вълната.
Лазерна показалка с мощност 1 mW свети с λ = 650 nm. Колко фотона излъчва за 1 s?
- ≈ 3,3·1012
- ≈ 3,3·1015
- ≈ 3,3·1018
- ≈ 1,5·1015
Отговор: ≈ 3,3·1015
Eф = hc/λ ≈ 3,06·10−19 J; n = P/Eф ≈ 10−3/3,06·10−19.
Какъв е електричният заряд на фотона?
- +e
- −e
- 0
- +2e
Отговор: 0
Фотонът е електрически неутрален квант на електромагнитното поле.
По коя формула се пресмята енергията на фотон с честота ν?
- E = mc
- E = hν
- E = h/ν
- E = hλ
Отговор: E = hν
Енергията на фотона е пропорционална на честотата: E = hν.
По коя формула се пресмята импулсът на фотон с дължина на вълната λ?
- p = hλ
- p = λ/h
- p = hc
- p = h/λ
Отговор: p = h/λ
p = E/c = hν/c = h/λ.
Фотон има енергия 2 eV. Каква е дължината на вълната му? (hc ≈ 1240 eV·nm)
- 620 nm
- 310 nm
- 1240 nm
- 400 nm
Отговор: 620 nm
λ = hc/E = 1240 eV·nm / 2 eV = 620 nm (оранжево-червена светлина).
Кое явление потвърждава, че фотоните имат импулс и се „сблъскват“ с електрони като частици?
- Опитът на Юнг
- Опитът на Ерстед
- Ефектът на Комптън
- Опитът на Ръдърфорд
Отговор: Ефектът на Комптън
При разсейване на рентгенови фотони от електрони дължината на вълната им нараства, както следва от запазването на импулса и енергията.
Кой учен въвежда идеята за кванти на енергията през 1900 г.?
- Исак Нютон
- Макс Планк
- Майкъл Фарадей
- Шарл Кулон
Отговор: Макс Планк
Планк предполага, че лъчението се излъчва на порции, кванти, с енергия h·ν.
С каква скорост се движи фотонът във вакуум?
- Скоростта на звука
- Зависи от цвета
- Скоростта на светлината
- Нулева скорост
Отговор: Скоростта на светлината
Фотонът винаги се движи със скорост c ≈ 3·108 m/s във вакуум.
Кой фотон има по-голяма енергия: на червената или на синята светлина?
- На червената
- Еднакви са
- Зависи от яркостта
- На синята
Отговор: На синята
Синята светлина има по-голяма честота, а E = h·ν.
На колко джаула е равен 1 електронволт?
- 1,6·10−19 J
- 1 J
- 6,63·10−34 J
- 9,1·10−31 J
Отговор: 1,6·10−19 J
1 eV е енергията, която придобива електрон при напрежение 1 V: 1,6·10−19 C·1 V.
Какъв е импулсът на фотон с дължина на вълната 663 nm? (h = 6,63·10−34 J·s)
- 10−40 kg·m/s
- 10−27 kg·m/s
- 4,4·10−40 kg·m/s
- 10−19 kg·m/s
Отговор: 10−27 kg·m/s
p = h/λ = 6,63·10−34/6,63·10−7 = 10−27 kg·m/s.