Какое из утверждений о свойствах фотона правильны

Фотон и его свойства

Фотон — материальная, электрически нейтральная частица, квант электромагнитного поля (переносчик электромагнитного взаимодействия).

Основные свойства фотона

1. Является частицей электромагнитного поля.
2. Движется со скоростью света.
3. Существует только в движении.
4. Остановить фотон нельзя: он либо движется со скоростью, равной скорости света, либо не существует; следовательно, масса покоя фотона равна нулю.

Энергия фотона:.

Согласно теории относительности энергия всегда может быть вычислена как , Отсюда  — масса фотона. 

Импульс фотона . Импульс фотона направлен по световому пучку.

Наличие импульса подтверждается экспериментально: существованием светового давления.

Давление света

В 1873 г. Дж. Максвелл, исходя из представлений об электромагнитной природе света, пришел к выводу: свет должен оказывать давление на препятствие (благодаря действию силы Лоренца; на рисунке υ — направление скорости электронов под действием электрической составляющей электромагнитной волны).

Квантовая теория света объясняет световое давление как результат передачи фотонами своего импульса атомам или молекулам вещества. Пусть на поверхность абсолютно черного тела площадью S перпендикулярно к ней ежесекундно падает N фотонов: . Каждый фотон обладает импульсом . Полный импульс, получаемый поверхностью тела, равен . Световое давление: 

При падении света на зеркальную поверхность удар фотона считают абсолютно упругим, поэтому изменение импульса и давление в 2 раза больше, чем при падении на черную поверхность (удар неупругий).

Это давление оказалось ≈ 4·10-6 Па. Предсказание Дж. Максвеллом существования светового давления было экспериментально подтверждено П. Н. Лебедевым, который в 1900 г. измерил давление света на твердые тела, используя чувствительные крутильные весы. Теория и эксперимент совпали.

Опыты П. Н. Лебедева — экспериментальное доказательство факта: фотоны обладают импульсом.

Эффект Комптона (1923)

А. Комптон на опыте подтвердил квантовую теорию света. С точки зрения волновой теории  световые волны должны рассеиваться на малых частицах без какого-либо изменения частоты излучения,  что опытом не подтверждается.

При исследовании законов рассеяния рентгеновских лучей А. Комптон установил, что при прохождении рентгеновских лучей через вещество происходит увеличение длины волны рассеянного излучения по сравнению с длиной волны  падающего излучения. Чем больше угол рассеяния, тем больше потери энергии, а следовательно, и уменьшение частоты (увеличение длины волны). Если считать, что пучок рентгеновских лучей состоит из фотонов, которые летят со скоростью света, то результаты опытов А. Комптона можно объяснить следующим образом.

Законы сохранения энергии и импульса для системы фотон — электрон: 

где m0c2 — энергия неподвижного электрона; hv — энергия фотона до столкновения; hv’ — энергия фотона после столкновения, P и p’ — импульсы фотона до и после столкновения; mυ — импульс электрона после столкновения с фотоном.

Решение системы уравнений для энергии и импульса с учетом того, что  дает формулу для измерения длины волны при рассеянии фотона на (неподвижных) электронах:

 где — так называемая комптоновская длина волны.

Корпускулярно-волновой дуализм

Конец XIX в.: фотоэффект и эффект Комптона подтвердили теорию Ньютона, а явления дифракции, интерференции света подтвердили теорию Гюйгенса.

Таким образом, многие физики в начале XX в. пришли к выводу, что свет обладает двумя свойствами:

1. При распространении он проявляет волновые свойства.
2. При взаимодействии с веществом проявляет корпускулярные свойства. Его свойства не сводятся ни к волнам, ни к частицам.

Чем больше v, тем ярче выражены квантовые свойства света и менее — волновые.

Итак, всякому излучению присущи одновременно волновые и квантовые свойства. Поэтому то, как проявляет себя фотон — как волна или как частица, — зависит от характера проводимого над ним исследования.

Этапы урока

Дидактическая задача

Деятельность учителя

Деятельность учеников

Показатели выполнения задачи

I. Организационный этап.

 2 мин.

Мобилизовать учеников для активной работы на уроке.

Учитель:

Добрый день, ребята. Какое ваше настроение? Настроение хорошее. Давайте поделимся своим настроением друг с другом. Повернитесь к своему товарищу по парте, улыбнитесь ему, поделитесь с ним своим хорошим настроением. Пожелаем друг другу успехов.

Ребята участвуют в

психолого-педагогическом

тренинге «Хорошее

настроение».

Кратковременность, быстрота включения учащихся в работу, ритм, готовность класса и оборудования

II. Контрольно – оценочный этап.

  5 мин.

Установить правильность и осознанность выполнения домашнего задания. Устранить обнаруженные пробелы.

Учитель: Внимание! На доске задания.

1. Закончите фразу.

 — Молекула – это…

 — Молекулы состоят из …

 — У одного и того же вещества  

    молекулы…

 — У разных веществ молекулы…

2.  Подчеркните  неверное утверждение.

 -При нагревании молекулы вещества   увеличиваются в размерах.

 -При нагревании вещества увеличиваются промежутки между молекулами.

  Все пары осуществляют взаимопроверку.

  Учитель проводит включенный контроль  одной пары и оценивает.

По желанию ученик может выбрать самопроверку по ключу (см. Приложение 1).

После комментария в журнал выставляются оценки.

Работа в статических парах.

 Индивидуальная работа.

Взаимопроверка.

Проверка.

Самопроверка

Выявление учителем за короткий промежуток времени знаний у большинства учащихся класса, установление типичных недостатков и их ликвидация.

III. Мотивационный

 этап.

4 мин.

Мотивация, актуализация и активизация опорных умений и навыков учащихся.

Определение темы урока.

-Как вы думаете, как себя ведут молекулы в веществе?

Диалог с учащимися по обсуждению выдвинутых гипотез.

-Что мы будем изучать на уроке?

— Какова тема урока?

Учитель побуждает ребят к постановке познавательных и образовательных целей.

-Продолжим заглядывать внутрь вещества. Какими еще свойствами обладают молекулы?

 -Внесем «черный ящик» (в ящике находится  долька апельсина).

Проблемный вопрос.

Что в «черном ящике»?

Что помогло нам ответить на этот вопрос?

    Целеполагание.

-А другие вещества могут сами смешиваться друг с другом?

-Вы встречались с такими ситуациями? Приведите примеры.

-Как вы относитесь к такому явлению?

-Нужно ли его изучать?

-Что бы вы хотели узнать о поведении молекул в веществе?

-Какие источники информации мы будем использовать?

-Какая тема нашего урока?

-Заготовьте место для записи темы урока. Позднее мы это сделаем.

Открывается заранее приготовленный плакат с эпиграфом.

Учитель(наизусть) выразительно, проникновенно, читает слова эпиграфа.

«В одном мгновенье видеть вечность,

  Огромный мир — в зерне песка,

  В единой горсти – бесконечность

  И небо – чашечке цветка».

В.Блейк.                                              

Ребята выдвигают гипотезы

 относительно поставленной

проблемы.

Диалог с учащимися по

обсуждению выдвинутых

 гипотез.

Дети самостоятельно

определяют тему.

Предполагаемый вариант

 темы записывается на доске.

В беседу вовлекается как

 можно больше учащихся.

Учащиеся высказывают

любые мнения, какими бы

они не были, например,

 запах апельсина смешался

с воздухом.

Дети приводят примеры

смешивания веществ.

Ребята определяют для себя,

нужны ли им знания о

молекулах, какие знания и

для чего.

Осуществляется личная

 актуализация знаний.

Смешивание веществ

(предполагаемый ответ)

Ученики подводятся к

пониманию глубокой

философской связи между

микромиром и миром, в

котором мы живем.

Формулировка противоречия в терминах «желаемое – действительное». Формулировка цели учащимися: необходимо новое понятие для объяснения многих процессов в природе, быту и технике.

IV. Организационно–деятельностный этап.

15 мин.

Сформировать у учащихся конкретное представление о понятии «диффузия», его сущности, зависимости от физических параметров (температуре, агрегатном состоянии вещества).

«Создание» нового знания.

Эксперимент 1.

Учитель предлагает классу провести эксперимент.

-Будем брать разные вещества, соединять их, не перемешивая, и наблюдать, образуется ли через какое то время смесь. Как вы думаете, каков будет результат эксперимента?

У нас на демонстрационном столе находятся:

А) Две колбы с водой и раствором медного купороса.

Б)  Колба с ваткой, смоченной духами.

Аккуратно сольем жидкости, а колбу с духами откроем. Какой результат нас ожидает?

А как смешиваются твердые тела?

Будем следить за экспериментом, а в это же время посмотрим видеофрагмент о смешивании твердых тел.

Учитель:

Продолжим наблюдение за жидкостями ,однако посмотрите, что получилось в колбе, куда аккуратно налили воду и купорос неделю назад.

Анализ результатов опыта.

Какие результаты мы получили?

Эксперимент 2.

Учитель предлагает провести эксперимент с диффузией при разных температурах, сделать выводы.

А теперь посмотрим, как влияет на смешивание веществ температура.

Будем нагревать смесь воды и медного купороса. Как вы думаете: это повлияет на результат?

В это время учитель организует работу над определением диффузии.

Учитель:

-Это новое для нас явление. Оно называется диффузия.

1. Найди в тексте учебника определение диффузии. Прочитай его.
2. Проговори определение своему товарищу.
3. Прослушай, как это делает твой сосед.
4. Проговорите определение всем классом.
5. Запиши определение в тетрадь на память.
6. Проверь свою запись с записью учебника.

-А теперь вернемся к нашему опыту. Что вы заметили?

Учитель ставит учебную проблему.

 Какие свойства молекул обеспечивают смешивание веществ?

Какие невидимые процессы происходят с молекулами при диффузии?

Учитель предлагает провести игру «Я молекула» (физкультминутка — учебная игра, см. Приложение 2).

— Так как же назывался наш урок?

Учитель совместно с детьми проводит подведение итогов работы по «созданию новых знаний»

Итак, ребята, подведем итоги нашей работы.

Что мы узнали о молекулах?

Что происходит с веществами при их взаимодействии?

От чего зависит диффузия веществ?

Ребята выдвигают

предположения о результатах

эксперимента (мы увидим в

 колбе смесь и почувствуем

 запах).

Один из учеников у доски

 ставит опыты.

Учащиеся смотрят

 видеофрагмент

«Диффузия».  (4 мин)

Дети обращают внимание на

то что, граница между

жидкостями не изменилась,

а запах уже есть.

Записывают результат

наблюдений.

Предполагаемые выводы:

Вещества смешиваются.

Газы смешиваются быстро,

жидкости медленнее, а в

 твердых телах смешивание

происходит очень медленно.

Ученики совместно с

учителем работают над определением диффузии, затем записывают его в тетрадь.

Ребята делают выводы по

 результатам опыта.

 Предполагаемый вывод:

при повышении температуры

 диффузия протекает быстрее.

В процессе игры дети,

исполняя роль молекулы,

приходят к пониманию

следующих фактов:

Движением молекул

объясняются многие явления

природы (испарение,

давление, смешивание веществ).

Дети подводят итоги:

Молекулы движутся,

вещества диффундируют.

Ученики корректируют тему

урока и записывают ее в

тетрадь на заготовленное

место.

«Движение молекул.

Диффузия»

Дети делают выводы:

1. Молекулы движутся.
2. Вещества

диффундируют.

3. Диффузия протекает

 в газах быстро,

жидкостях медленнее,

 твердых телах очень

 медленно.

4. При повышении

 температуры

увеличивается

 скорость диффузии.

Наличие продукта интеллектуальной деятельности – формулировки определения нового понятия «диффузия».

V.  Этап закрепления знаний.

12 мин.

Установить факт осознанного усвоения понятия. Формировать умения объяснять поведение тел на основании факта движения молекул.

Диагностировать возможность перехода к следующему этапу урока.

Включение новых знаний в систему ранее изученного материала.

Формировать навыки решения качественных задач на применение новых знаний.

Применение нового знания.

Учитель организует работу по первичному закреплению новых знаний.

А) Объясните движением молекул поведение тел в следующих ситуациях:

 1. Частики дыма «висят» в воздухе.

 2. Художник смешивает на палитре разные краски для получения нужного оттенка.

 3. Природный газ при неправильной эксплуатации может разорвать баллон, в котором он находится.

 4. Белье разного цвета, замоченное вместе, закрасилось.

 5. Огурцы через несколько дней после того, как их положили, просолились.

 6. Шарик раздувается при наполнении его газом.

 7. В воде любого водоема растворен воздух.

 8. Для составления гербария растения высушивают.

Б)  Физический диктант «Веришь – не веришь» (см. Приложение 3)

Учитель предлагает ребятам карточки с верными и неверными утверждениями по вариантам. Верные утверждения отмечаются знаком +, неверные знаком — .

В) Учитель: презентация «Диффузия в природе, быту, технике» (см. Приложение 4).Вам предстоит в каждой картинке слайда найти проявление диффузии.

На слайде даны изображения:

• Подводный мир с его обитателями;

• Клубника;

• Гуси, пасущиеся на лугу;

• Приготовленные продукты питания;

• Декоративная свеча;

• Банки с консервированными овощами;

• Электродуговая сварка;

• Жидкокристаллический монитор ноутбука;

• Запуск космического корабля.

Ученики

Дают объяснения природных

 явлений на основе

 полученных знаний.

Ученики заполняют карточки

 и осуществляют

самопроверку при помощи

ключа, заранее

заготовленного на доске.

Просматривая картинки

слайда, ребята находят

явление диффузии в

различных ситуациях,

отраженных на картинках.

 Ответы могут быть

следующими:

• Морская вода – раствор

солей, рыбы в ней могут

 жить, так как в воде

растворен кислород.

Некоторые морские

 обитатели выпускают

красящее вещество с

целью защиты и

маскировки от хищников.

• Приятный запах от

клубники, мы чувствуем

вкус ягод и другой пищи,

благодаря диффузии;

• Гуси, поедая траву,

 получают различные

питательные вещества,

 которые всасываются

 в пищеварительном

тракте;

• При пропаривании соль,

 специи быстро

проникают в продукт.

Тесто получается при

 диффузии воды,

дрожжей, сахара, соли.

• Цвет воска свечи

получили благодаря

диффузии.

• Проникновение соли в

 овощи

      при консервировании;

• Металлы свариваются,

так как диффундируют,

находясь в жидком

состоянии;

•  диффузия в жидких

 кристаллов;

• При запуске космических

 кораблей в воздух

 выбрасывается огромное

 количество выхлопных

газов, дыма и пыли.

Умение с помощью знания о движении молекул и определения диффузии объяснять различные процессы в природе, быту и технике.

Умение применять полученные знания в различных ситуациях.

VI. Рефлексивно- оценочный этап.

5 мин.

Включить ассоциативное мышление – сопоставление явления природы с собой.

Дать анализ успешности учебной деятельности учащихся через овладение ЗУН и способами деятельности.

Учитель:  «А сейчас вашему вниманию предлагается задание «Я молекула»

-Соотнеси то, что ты узнал о движении молекул с поведением человека и опиши, от чего они зависят.

Вопросы – ориентиры:

 — Как меня называют?

 — Где мое место?

 — Какая я?

 — Как я себя чувствую в холоде, тепле, жаре?

 — Можно ли в поведении людей встретить ситуацию, схожую с явлением диффузии?

 — Трудно ли вам было себя сравнить с молекулой?

 — Ребята, а какое сейчас у вас настроение. Давайте поблагодарим, друг друга за плодотворную работу на уроке и подарим друг другу улыбку. Спасибо вам за наше сотрудничество.

Многие дети успешно

отождествляют себя с

молекулой,

перевоплощаются,

 фантазируют.

Некоторым необходимы

 вопросы – ориентиры.

Отождествление себя с молекулой. Выявление сходства в поведении молекул и человека.

Формулировки новых знаний.

Выявление причин успеха и неуспеха.

Рефлексия.

VII. Задание на дом.

2 мин.

На основе выявлены результатов, дать домашнее задание, которое  закрепляло бы и развивало полученные знания и подготавливало бы к последующему изучению материала, развивало бы интерес к предмету.

Учитель комментирует домашнее задание.

Прочитать текст с 69 п. 27.

Проверить свои знания, пользуясь вопросами с70.

Экспериментальное задание с 71(по желанию).

Для любознательных ребят — «Броуновское движение» п. 1.с. 148

Физика 7 класс (Перышкин А.В.)

Дети записывают в дневник

задание, постановка

вопросов по содержанию и

 выполнению домашнего

 задания.

Принятие домашнего задания. Точность и корректность вопросов.