Презентация на тему "Световое давление" 11 класс

11 класс.

Тема: «Давление света»

Цели:

Дидактическая: выяснить причины появления давления света на твердые поверхности и газ, с волновой и корпускулярной теории.

Воспитательная: убедить учащихся в познаваемости мира и объективности наших знаний о нем.

Развивающая: объяснить учащимся, что опыт Лебедева является экспериментальным доказательством корпускулярно -волновой теории света.

Тип урока: изложение нового материала.

Вид урока: беседа, рассказ.

План урока:

Ход урока

Организационный момент

Повторение ранее изученного материала (6 вопросов). Слайды 2-7

(учащиеся ответы пишут в тетради, затем проверка, выставление оценок учащихся 6 – «5», 5 – «4», 4 – «3»)

Тест

№ 1 Фотоэффект – это

1. свечение металлов при пропускании по ним тока

2. нагрев вещества при его освещении

3. синтез глюкозы в растениях под действием солнечного света

4. выбивание электронов с поверхности металла при освещении его светом

№ 2. Из перечисленных ниже факторов выберите те, от которых зависит кинетическая энергия электронов, вылетевших с поверхности металлической пластины при ее освещении светом лампы.

А. Интенсивность падающего света.

Б. Частота падающего света.

В. Работа выхода электрона из металла.

1) Только А;

2) Только Б ;

3) Б и В;

4) А, Б, В.

№ 3. Энергия фотона, поглощенного при фотоэффекте, равна Е. Кинетическая энергия электрона, вылетевшего с поверхности металла под действием этого фотона,

Больше Е;

Меньше Е;

Равна Е;

Может быть больше или меньше Е при разных условиях.

№ 4. Чему равен импульс, переданный фотоном веществу, при его отражении в случае угла падения и при его поглощении?

1) в обоих случаях h /λ

2) в первом случае 2h /λ , во втором h /λ

3) в первом случае h /λ , во втором 2h /λ

4) в обоих случаях 2 h /λ

№ 5. Чему равен импульс фотона с частотой ν?

1) h∙ ν∙ c2

2) h∙ ν∙ c

3) h∙ ν

4) h∙ ν/ c

№ 6. Пластина из никеля освещается светом, энергия фотонов которого равна 7 эВ. При этом, в результате фотоэффекта, из пластины вылетают электроны с энергией 2,5 эВ. Какова работа выхода электронов из никеля?

9,5 эВ

7 эВ

4,5 эВ

2,5 эВ

Учитель читает стих.

Что значит свет,

Кто дал ответ?

Максвелл считал, что свет – волна,

С громадной скоростью бежит она.

Планк доказал, что свет – фотон,

И излучается нагретым телом он.

И наконец, ученые дошли своим умом,

Что обладает дуализмом он

А Лебедев уж доказал нам без сомненья,

Что свет оказывает на тела давленье…

Сегодня на уроке мы поговорим о световом давлении и попытаемся теоретически доказать его проявление.

Но вначале скажите, что такое давление и какова причина его возникновения?

Изучение нового.

В 1873 г. Дж. Максвелл, исходя из представлений об электромагнитной магнитной природе света, пришел к выводу, что свет должен оказывать давление на препятствие благодаря действию силы Лоренца

(просмотр видеоклип «Возникновение силы давления при падении ЭМ волны на проводник» с объяснением)

Ē Ē

В

Обсуждение видеоклипа:

- Каково строение тел?

- Какая сила оказывает давление на пластину?

- Какова причина ее возникновения?

Вывод: силы Лоренца () в совокупности и создают световое давление.

=; p

Теоретически доказали – существует давление света. Но теория без практики мертва.

Многие ученые пытались измерить св. давление, но безуспешно, т.к. оно очень мало. В яркий солнечный день на 1 действует сила 4 · Н.

Впервые давление света удалось измерить в 1900 году русскому ученому Петру Николаевичу Лебедеву.

Познакомимся с установкой Лебедева (таблица, слайд).

В его установке на тонкой упругой кварцевой нити подвешено коромысло с крылышками на концах. Крылышки сделаны из тонкой металлической фольги. Одно из крылышек покрыто слоем сажи. Крылышки облучались мощным источником света, коромысло поворачивалось, и упругая нить закручивалась. Весь прибор помещен в сосуд, из которого был выкачен воздух. О значении давления можно судить по углу закручивания нити.

Давайте объясним процесс возникновения давления с волновой точки зрения. Кто попробует?

(При поглощении света черной поверхностью – крылышко получает от волны импульс = р, = р; = .

При отражении волны от блестящей поверхности крылышко получает импульс =2р р=2р. Поэтому световое давление будет в 2 раза больше, чем на темную поверхность.)

При освещении светом от мощного источника света, установка поворачивается. Зная угол поворота коромысла, его длину, площадь крылышек и упругие свойства нити Лебедев определил св. давление.

=

При проведении данного опыта Лебедев столкнулся с побочными явлениями.

В частности, наблюдался радиометрический эффект (демонстрация опыта с радометром ). Разность температур черного и светлого крылышка, поэтому закручивающий момент ≈ в 1000 раз будет больше закручивающего момента, обусловленного световым давлением.

Конвекционный эффект: при облучении диска одновременно нагревается прилегающий к нему газовый слой, что приводит к образованию конвекционных потоков. Оказалось, что конвекционный эффект в десятки тысяч раз превышал эффект светового давления

Вопрос: Что нужно сделать, чтобы устранить радиометрический и конвекционный эффекты?

Какая среда обладает плохой теплопроводностью?

(Предполагаемые ответы: в сосуде создать вакуум, крылышки изготовить очень тонкими, увеличить сосуд)

Что и сделал Лебедев. И тогда его результаты были более точными р =3,08 · Па. Теория и эксперимент совпали.

Итак, световое давление реально существует. Лебедев доказал экспериментально. Сила светового давления прямо пропорциональна энергии падающего луча и не зависит от цвета.

Изучение давления света на твердые тела побудило Лебедева изучить давление на газы. Он заинтересовался происхождением хвостов комет. Еще в 1619 году немецкий ученый И. Кеплер заметил, что хвост комет всегда направлен от Солнца. Он высказал гипотезу о механическом давлении света. (Слайд 15)

Вопрос: Как вы можете объяснить это явление?

(Хвост комет направлен от Солнца. Силы, отталкивающие кометный хвост от Солнца – это силы светового давления, и корпускулярные потоки). (Слайд16)

Появление квантовой теории света позволило более просто объяснить причину светового давления. (демонстрация flesch: sdk- световое давление- квантовая теория)

Вопрос: Что представляет собой свет с позиций квантовой теории?

(Предполагаемый ответ учащихся: Свет – это поток фотонов, каждый из которых обладает импульсом р=m·c==

- При поглощении веществом фотон перестает существовать, но ведь импульс его (согласно закону сохранения импульса не может исчезнуть бесследно). Следовательно он передается телу, т.е. на тело действует сила 𝐅 = = ; =.

- При отражении света направление скорости и импульса фотона меняется на противоположное. При этом тело получает импульс, равный изменению импульса фотона (абсолютно упругий удар) = 2р, давление =

Итак, сегодня мы смогли теоретически выяснить, как создается св. давление, смогли объяснить его как с точки волновой теории света, так и с точки зрения корпускулярной теории.

Опыты Лебедева – экспериментальное доказательство факта: фотоны обладают импульсом.

Формирование новых умений и навыков

Домашнее задание § 93, упражнение 12, № 3; № 31139 – разъяснить

А сейчас разберем задачи на изученную тему: задача взята из заданий ЕГЭ, часть С6 (слайд 19)

№ 1 (С6)

Монохроматический пучок параллельных лучей создается источником , который за время Δt =8 ∙10-4 с излучает N=5∙1014 фотонов. Фотоны падают по нормали на площадку S= 0,7 см2 , и создают давление P=1,5∙10-5 Па. При этом 40% фотонов отражается, а 60% поглощается. Определите длину волны излучения.

Дано: Решение

8·с Так как движущиеся фотоны падают на поверхность, следовательно

Ν=5· они передают ей свой импульс,

S=0,7 т.е. действуют на нее с силой 𝐅=, т. к. P=, но

P= 1,5·Па ⅀ Р= += (1).

=0,4Ν Для поглощающей поверхности =р;

=0,6Ν для отражающей поверхности =р, с учетом этого (1) примет

вид: Р = = (2).

λ =? Так как импульс фотона р= λ= (3).

Выражаем из (2) р и подставляем в (3). получаем

Р= ; λ=.

Производим расчеты единиц измерения [λ===м].

Подставляем значения и производим расчет:

λ==5,5·м.

Ответ: 5,5 ∙ 10-7 м

№2

Какова максимальная скорость электронов, выбиваемых из металлической пластины светом с длиной волны λ = 3 · 10-7 м, если красная граница фотоэффекта λкр = 540 нм?

Итог урока:

Что нового на уроке узнали?

Что вас удивило?

Что представляет собой свет?

Литература:

Мякишев Г. Я. Физика: учебник для 10 кл. – М. Просвещение, 2008

М. Колтун Мир физики. – М. Детская литература, 1084

Школьный курс по основным предметам. – СПб.: ИГ «Весь», 2008