Квантова оптика. Узагальнення

​ 18.03.2025р.

Сьогодні ми знаємо, що світлу притаманні корпускулярні та хвильові властивості. Проте науковий доказ цьому було отримано шляхом тривалих досліджень і революційних рішень. Вивчення явищ дифракції, інтерференції та поляризації світла привело до утвердження в кінці ХІХ ст. електромагнітної хвильової теорії світла.

Зародження квантової теорії.

Проте ця теорія не пояснювала розподілу енергії у спектрі випромінювання

абсолютно чорного тіла. Абсолютно чорне тіло — це уявна модель. Абсолютно чорним вважають тіло, яке за будь-якої температури

поглинає повністю всю енергію світла, що падає на нього.

Multiple Choice

Чи може абсолютно чорне тіло випромінювати тепло?

• Ні, не може

• Так, може

• Все залежить від обставин

Необхідне пояснення запропонував в 1900 р. німецький фізик Макс Планк. На відміну від зрозумілого уявлення про те, що поглинання й випромінювання світлових хвиль відбувається неперервно, Планк припустив, що тіло випромінює світло окремими порціями, які він назвав квантами енергії.

Спираючись на цю ідею, Планк сформулював закон розподілу енергії у спектрі нагрітого тіла, який добре узгоджувався з експериментальними даними.

Multiple Choice

Як називається коефіцієнт пропорційності між енергією кванта і частотою коливань?

• Стала Больцмана

• Стала Авогадро

• Стала Планка

• Стала Фарадея

​Для виходу із ситуації, коли одні експерименти доводять, що світло

поводить себе як хвиля, а інші — як потік частинок, данський фізик

Нільс Бор (1885–1962) запропонував принцип доповнюваності, згідно з

яким для пояснення природи світла потрібно використовувати й корпускулярні, й хвильові властивості світла — як два складники його природи, що доповнюють один одного.
Хвильові й квантові властивості світла не можна протиставляти. Властивості неперервності, характерні для електромагнітного поля світлової хвилі, не виключають властивостей дискретності, характерних для квантів світла — фотонів.

Multiple Choice

Оберіть вірне твердження

• світло випромінюється і поглинається безупинно

• світло випромінюється і поглинається окремими порціями

• світло тільки випромінюється окремими порціями, поглинатись воно не може

• світло - це певний абсолют

Ідея Планка про переривчастий (дискретний) характер випромінювання

й поглинання світла значно вплинула на весь подальший розвиток

фізики.

Таким чином, світло має електромагнітну природу і йому притаманні

двоїсті квантово-хвильові властивості, саме цю двоїстість мають на увазі,

коли говорять про корпускулярно-хвильовий дуалізм світла. У видимого

світла квантові та хвильові властивості виявляються однаковою мірою.

Хвильові властивості світла виявляються у процесах його поширення,

інтерференції, дифракції, поляризації, а корпускулярні — у процесах

взаємодії світла з речовиною.

Multiple Choice

Оберіть із перелічених явищ те, у якому виявляються квантові властивості світла.

• Заломлення світла.    

• Дисперсія світла.

• Фотоефект.

• інтерференція світла.  

​Фотоефект — це явище взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною, в результаті якого енергія фотонів передається електронам речовини й останні переходять у новий енергетичний стан.

Це явище може виявлятись по-різному: як фотойонізація окремих

атомів і молекул газу під дією опромінення світлом; як фотоелектронна

емісія під дією електромагнітного випромінювання (зовнішній фотоефект);

у зміні електропровідності під дією світла (внутрішній фотоефект);

в ініціюванні фотоядерних реакцій тощо.

Multiple Choice

Із перелічених тверджень стосовно природи світла виберіть правильне.

• Поляризацію світла можна пояснити на основі хвильової теорії.

• Відповідно до теорії Бора, атоми випромінюють світло неперервно.

• Закони фотоефекту можна пояснити на основі хвильової теорії.

• Дифракцію світла можна пояснити на основі корпускулярної теорії.

Multiple Select

Негативно заряджена цинкова пластинка втрачає свій заряд під час освітлення світлом дугового розряду. Укажіть, які з наведених тверджень правильні, а які неправильні.

• Чим більша інтенсивність випромінювання. Тим швидше розряджається пластинка.

• якби заряд пластинки був позитивним, освітлення також призводило б до зменшення заряду.

• З поверхні пластинки вилітають електрони.

• Якщо пластинку закрити непрозорим екраном, заряд пластинки все одно зменшуватиметься.

​Закони зовнішнього фотоефекту.

​Кількість електронів, що вилітають з поверхні тіла під дією електромагнітного випромінювання, (а отже, і фотострум насичення) пропорційна його інтенсивності.

​Максимальна кінетична енергія фотоелектронів лінійно залежить від частоти опромінення й не залежить від його інтенсивності.

​Червона межа фотоефекту визначається лише матеріалом освітлюваного катода й не залежить від його освітленості.

Multiple Choice

Як змінюється імпульс фотона при зменшенні довжини хвилі випромінювання?

• не змінюється

• лінійно зростає

• нелінійно зростає

• 
   лінійно зменшується

Multiple Choice

Червона межа фотоефекту визначається:

•  частотою світла

• роботою виходу

• густиною речовини

• довжиною хвилі світла

• 
  інтенсивністю світла

Multiple Choice

Вкажіть, як залежить від інтенсивності світла кінетична енергія фотоелектронів?

• не залежить

• прямо пропорційно

• пропорційно куту інтенсивності

• обернено пропорційно

Multiple Choice

Поверхню тіла із роботою виходу електронів А освітлює монохрома-

тичне світло частотою $$\nu$$ . Що визначають різницею $$h\cdot\nu-$$ A ?

• Червону межу фотоефекту.

• Максимальну швидкість руху фотоелектронів

• Максимальну кінетичну енергію фотоелектронів.

• Середню кінетичну енергію фотоелектронів.

Multiple Choice

Світло, яке проходило через жовтий світлофільтр, падало на поверх-

ню металу та виривало з неї електрони. Після заміни світлофільтра

максимальна швидкість фотоелектронів зменшилася. Визначте, яко-

го кольору міг бути новий світлофільтр

• червоний

• синій

• зелений

• фіолетовий

Multiple Choice

Атом випустив фотон із енергією $$6\cdot10^{-18}$$ Дж. Якого імпульсу набув атом?

• $$2\cdot10^{-26\ \ ^{ }\ \ }$$

• $$6\cdot10^{-17}$$

• $$1,2\cdot10^{-10}$$

• $$3,6\cdot10^{-8}$$

Multiple Choice

Визначте червону межу фотоефекту $$\lambda$$ max для Цинку.

• 300нм

• 600нм

• 780нм

• 960нм

Multiple Choice

Енергія фотонів...

• червоного світла більша, ніж у фотонів зеленого світла

• синього світла більша, ніж у фотонів оранжевого світла

• зеленого світла більша, ніж у фотонів фіолетового світла

• жовтого світла більша, ніж у фотонів голубого світла