Общее представление о волновых и корпускулярных свойствах света

I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

На практике выполнить градуирование шкалы спектрального прибора, получить спектральную характеристику внешнего фотоэлектрического эффекта; пользуясь этой характеристикой определить «красную границу» фотоэффекта и работу выхода электронов из материала катода; получить вольтамперную характеристику фотоэлемента.

II. УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ К РАБОТЕ

1. Изучить данное руководство, а также теоретический материал по теме лабораторной работы, используя конспект лекций и рекомендуемую литературу.

2. Изучить устройство лабораторной установки и методику измерений, применяемых в работе.

3. Подготовить к защите лабораторной работы ответы на контрольные вопросы.

III. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Общее представление о волновых и корпускулярных свойствах света.

Явления интерференции и дифракции света, поляризации света свидетельствуют о волновой природе света. С волновой точки зрения свет представляет собой распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны. Накопленные экспериментальные факты позволили в конце XIX века английскому физику Дж. Максвеллу создать электромагнитную (или волновую) теорию света. Несмотря на большие успехи электромагнитной теории и признание волновой природы света, в начале XX века были обнаружены явления, которые теория Максвелла не смогла объяснить. К таким явлениям относятся процессы испускания и поглощения света, фотоэлектрический эффект, комптоновское рассеяние света легкими атомами и другие.

В 1900 г. немецкий физик М. Планк выдвинул так называемую квантовую гипотезу, совершенно чуждую классической физике. В классической физике предполагается, что энергия любой системы может изменяться непрерывно, принимая любые сколь угодно близкие значения. Согласно квантовой гипотезе энергия E может принимать только определенные дискретные значения, равные целому числу элементарных порций или квантов энергии. Энергия одной порции или одного кванта:

E = hv, (1)

где h – постоянная Планка,

v – частота света.

Позже Эйнштейн распространил планковскую идею квантования энергии на свет, он выдвинул идею световых квантов - фотонов. Таким образом, свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу (говорят: обладает корпускулярно-волновым дуализмом). В одних явлениях (дифракция, интерференция, поляризация) проявляются волновые свойства света, в других (фотоэффект, эффект Комптона, люминесценция) – его корпускулярные или квантовые свойства. То есть, свет ведёт себя как поток особых частиц - фотонов. Таким образом, явления, не находившие объяснения в рамках волновой теории света, удалось объяснить исходя из квантовых свойств света.

Волновые свойства света играют преобладающую роль при малых частотах v. При больших значениях v более существенными являются его корпускулярные или квантовые свойства. Одним из экспериментальных доказательств квантовой природы света и существования фотона является внешний фотоэлектрический эффект.