Физика и астрономия · 12 клас · урок 10 от 12

Вълни и кванти

В началото на XX век се оказва, че светлината има и вълнови, и корпускулярни свойства. Фотоефектът се обяснява с кванти на светлината (фотони), всеки с енергия hν. Де Бройл предлага обратното: частиците като електроните имат вълнови свойства. Този корпускулярно-вълнов дуализъм е основа на квантовата физика и на устройства като фотоклетките и лазерите.

Работен лист за печат

Какво да запомним

  • Енергия на фотона: E = hν = hc/λ, h ≈ 6,63·10−34 J·s.
  • Уравнение на Айнщайн за фотоефекта: hν = Aизх + Ek max.
  • Червена граница: λmax = hc/Aизх.
  • Импулс на фотона и дължина на вълната на де Бройл: p = h/λ.
  • Лазерът работи на принципа на индуцираното излъчване.

Пример

Фотони с енергия 4 eV падат на метал с отделителна работа 2,5 eV. Максималната кинетична енергия на електроните е 1,5 eV.

Проверете се: 15 въпроса

Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.

  1. Колко е приблизително константата на Планк?
    • 1,38·10−23 J/K
    • 6,02·1023 mol−1
    • 6,63·10−34 J·s
    • 9,1·10−31 kg

    Отговор: 6,63·10−34 J·s

    h ≈ 6,63·10−34 J·s; другите стойности са константата на Болцман, числото на Авогадро и масата на електрона.

  2. Отделителната работа на метал е 3 eV. Каква е червената граница на фотоефекта? (hc ≈ 1240 eV·nm)
    • ≈ 620 nm
    • 1240 nm
    • ≈ 207 nm
    • ≈ 413 nm

    Отговор: ≈ 413 nm

    λmax = hc/A = 1240/3 ≈ 413 nm.

  3. Каква е дължината на вълната на де Бройл за частица с импулс 6,63·10−24 kg·m/s? (h = 6,63·10−34 J·s)
    • 10−8 m
    • 1010 m
    • 4,4·10−57 m
    • 10−10 m

    Отговор: 10−10 m

    λ = h/p = 6,63·10−34/6,63·10−24 = 10−10 m.

  4. Как се изменя броят на избитите за 1 s фотоелектрони, ако интензитетът на светлината се увеличи при същата честота?
    • Намалява
    • Не се изменя
    • Става нула
    • Увеличава се

    Отговор: Увеличава се

    По-голям интензитет означава повече фотони за секунда, а всеки фотон може да избие един електрон.

  5. Какъв е импулсът на фотон с дължина на вълната 663 nm? (h = 6,63·10−34 J·s)
    • 4,4·10−40 kg·m/s
    • 1·10−36 kg·m/s
    • 1·10−27 kg·m/s
    • 3·10−19 kg·m/s

    Отговор: 1·10−27 kg·m/s

    p = h/λ = 6,63·10−34/6,63·10−7 = 10−27 kg·m/s.

  6. Как се нарича избиването на електрони от метал под действие на светлина?
    • Фотоефект
    • Електролиза
    • Термоелектронна емисия
    • Дисперсия

    Отговор: Фотоефект

    При фотоефекта фотоните предават енергията си на електроните в метала.

  7. Как се изменя енергията на фотона, ако честотата на светлината се удвои?
    • Намалява 2 пъти
    • Не се изменя
    • Удвоява се
    • Увеличава се 4 пъти

    Отговор: Удвоява се

    E = hν е право пропорционална на честотата.

  8. Отделителната работа на метал е 2 eV, а енергията на фотоните е 3,5 eV. Какво е задържащото напрежение?
    • 5,5 V
    • 3,5 V
    • 2 V
    • 1,5 V

    Отговор: 1,5 V

    eUз = hν − A = 1,5 eV, следователно Uз = 1,5 V.

  9. Как се изменя дължината на вълната на де Бройл на частица, ако скоростта ѝ се удвои (без релативистки ефекти)?
    • Намалява 2 пъти
    • Удвоява се
    • Не се изменя
    • Намалява 4 пъти

    Отговор: Намалява 2 пъти

    λ = h/(mv) е обратно пропорционална на скоростта.

  10. На какъв процес се основава действието на лазера?
    • Спонтанно излъчване
    • Индуцирано (стимулирано) излъчване
    • Фотоефект
    • Топлинно излъчване

    Отговор: Индуцирано (стимулирано) излъчване

    Фотон предизвиква излъчването на същия по честота, посока и фаза фотон от възбуден атом.

  11. Как се нарича квантът на светлината?
    • Електрон
    • Протон
    • Фотон
    • Неутрон

    Отговор: Фотон

    Айнщайн въвежда светлинните кванти, наречени фотони.

  12. Каква е енергията на фотон с дължина на вълната 620 nm? (hc ≈ 1240 eV·nm)
    • 0,5 eV
    • 2 eV
    • 620 eV
    • 1240 eV

    Отговор: 2 eV

    E = hc/λ = 1240/620 = 2 eV.

  13. Какво е корпускулярно-вълновият дуализъм?
    • Вълнови и корпускулярни свойства
    • Само вълнови свойства
    • Само корпускулярни свойства
    • Липса на свойства

    Отговор: Вълнови и корпускулярни свойства

    Светлината и микрочастиците проявяват и вълнови (интерференция), и корпускулярни (фотоефект) свойства.

  14. Метал има отделителна работа 2,3 eV. Ще предизвика ли фотоефект светлина с дължина на вълната 600 nm? (hc ≈ 1240 eV·nm)
    • Да, винаги
    • Да, ако светлината е силна
    • Да, енергията е 3 eV
    • Не, 2,07 eV < 2,3 eV

    Отговор: Не, 2,07 eV < 2,3 eV

    E = 1240/600 ≈ 2,07 eV, по-малко от Aизх, затова фотоефект няма при никакъв интензитет.

  15. Лазерна показалка с мощност 1 mW излъчва светлина с дължина 663 nm. Колко фотона излъчва за 1 s? (h = 6,63·10−34 J·s, c = 3·108 m/s)
    • ≈ 3·1019
    • ≈ 3,3·1012
    • ≈ 3,3·1015
    • ≈ 6·1023

    Отговор: ≈ 3,3·1015

    Eф = hc/λ = 3·10−19 J; N = 10−3/3·10−19 ≈ 3,3·1015.