Световые кванты

В середине XIX века преобладала волновая теория света.
Физики Т. Юнг и О. Френель исследовали интерференцию и дифракцию
Измерения скорости света в воде и воздухе доказывали волновую теорию (1850)
Законы Максвелла и опыты Герца (1887) по электромагнетизму подтвердили электромагнитную природу света.
Свет – это электромагнитная волна

Испускание и поглощение света различными атомами происходит на дискретных частотах, связанных к тому же простыми алгебраическими соотношениями (например, для серии Бальмера в спектре атома водорода, 1885 г.).
Существование красной границы фотоэффекта открыто Герцем и Столетовым (1887-1890)
Противоречия классической физики в конце XIX века

Полная энергия излучения абсолютно черного тела на коротких волнах оказывалась бесконечной согласно закону Рэлея-Джинса (1900). Что означало переход всей тепловой энергии тела в излучение.
Ультрафиолетовая «катастрофа»

Свет излучается порциями энергии – квантами!
В 1900 г. Планк выдвинул гипотезу о квантах - это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом.
Энергия кванта прямо пропорциональна частоте света: E=hν,
Формула Планка для спектральной светимости хорошо описывает излучение черного тела на любых частотах. Ультрафиолетовая катастрофа отменяется!

Эйнштейн разрешает красную границу фотоэффекта

Корпускулярно-волновой дуализм

Элементы теории и методики элективного курса «Световые кванты»
Квантовая теория в школьной программе физики занимает не самое заметное место.
Ученикам необходимо владеть сложным математическим аппаратом
Квантовая физика это одна из завершающих тем школьного курса физики.
Школьники имеют лишь самые первоначальные представления в базовом курсе физики и химии о строении атома и ядра, элементарных частицах
В школьном курсе недостаточно практических аспектов квантовых явлений и деятельстной методики обучения

Представление о свете через призму противоречий классической физики в конце XIX века
Волновая теория света как электромагнитной волны
Основные положения и этапы квантовой теории света
Корпускулярно-волновой дуализм света
Фотоэффект и эффект Комптона
Давление света
Краткий план базовой теории элективного курса «Световые кванты»

Определение постоянной Планка при помощи внешнего фотоэффекта
Порядок работы:
Этап 1. Фотоэлемент закрыт шторкой, лампа включена, угол φ нулевой.
Этап 2. Настройка прибора для эксперимента.
Этап 3. Проведение эксперимента для измерения U для различных фильтров
Этап 4. Фиксация результатов измерений в табличной форме.
Этап 5. Обработка результатов эксперимента.
По наименьшим значениям U, строится график зависимости U от частоты света ν.

Учащиеся решают задачи из списка по законам фотоэффекта, уравнению Эйнштейна, эффекту Комптона, световому давлению. Затем один из них подготавливается к объяснению и воспроизводит решение на доске, а остальные записывают его решение в свою таблицу с задачами.
Учитель проверяет решение и отвечает на вопросы учеников, приводит примеры применения изучаемых физических явлений, с использованием доступных средств их демонстрации.
В учебном процессе широко применяется деятельностный подход, средства визуализации и компьютерного моделирования квантовых явлений, фотохимических процессов в материалах и в живых организмах
Практические занятия по квантовой теории света