Жарықтың корпускулалық-толқындық табиғатының біртұтастығы. Физика, 11 сынып, қосымша материал.

Теориялық материал

 Жарық –тез қозғалатын корпускулалар ағыны. (жарықтың түзу сызықты таралуы).

ХІХ ғасырдың аяғында фотоэффект және Комптон эффектісі Ньютон теориясын негіздеді.

Жарық дегеніміз – толқын. Толқындар қиылысқаннан кейін өзара әсерлеспейді.

Интерференция, сыну құбылыстары, дифракция құбылыстар Гюйгенс теориясын негіздеді.

Жарық екі қасиетке ие:

1.Жарық таралғанда оның толқындық қасиеті байқалады.

2.Затпен әсерлескенде корпускулалық қасиеті байқалады.

Толқын ұзындығы азайған сайын немесе жиілігі артқан сайын жарықтың кванттық қасиеттері айқын біліне бастайды, тоқындық қасиеті байқалмайды.

Юнг және Френель жұмыстарының нәтижесінде жарықтың толқындық теориясы жеңіп шықты.

Максвелл еңбектерінің нәтижесінде жарықтың электромагниттік толқын екені дәлелденді.

 Геометриялық оптикада жарық сәулелерінің бағыты ғана зерттеледі. Жарықтың таралу процесінің уақытқа байланысты қалай өтетіні жөніндегі мәселе геометриялық оптика көлеміне кіреді. Жарықтың қасиеті және оның затпен өзара байланысы физикалық (толкын) оптикада толығырақ қарастырылады. Біз бұл тарауды жарық жылдамдығын қалай өлшегені жөніндегі әңгімеден бастаймыз.

Қосқышты басьш қалсақ, жарқ етіп бөлме іші жарыққа толады. Жарықтың қабырғаларға жетуіне уақыттың мүлде керегі жоқ сияқты. Жарық жылдамдығын анықтау үшін толып жатқан тәжірбелер жүргізілген. Ол үшін жарық сигналының алыс ара қашықтықтарға (бірнеше километрге) таралу уақыты дәл сағатпен өлшемек болған. Бірақ бұдан еш нәтиже шықпады.

 Жарықтың таралуына мүлде уақыт кетпейді, жарық қандай ара қашықтыққа болсын лезде жетеді деп ойлайтын болды. Алайда олай емес, жарықтың жылдамдығы шектеулі больш шықты, ақырында ол жылдамдық та өлшенді.

Корпускулалық-толқындық дуализм

 Ғалымдар жарықты бөлшектер ағыны деп түсіндіруге мәжбүр болды. Бұл Ньютонның корпускулалық теориясына қайта оралу сияқты болып көрінуі мүмкін. Алайда жарықтың интерференциясы мен дифракциясы оның толқындық қасиеті бар екенін толық дәлелдейтінін үмытпау керек. Жарықтың өзіндік дуализм (екіжақтылык,) қасиеті бар. Жарықтың таралуы кезінде оның толқындық қасиеттері, ал заттармен әсерлескенде (сәуле шығаруда және жұтылуда) корпускулалық қасиеттері байқалады. Осының бәрі, әрине, таңдандырарлық және әдетгегіден өзгеше. Оның қалай болатынын көрнекі түрде көз алдымызға мүмкін емес. Алайда ол факт. Микродүниедегі процестерді толық көрнекі түрде көз алдымызға елестету мүмкіндігі бізде жоқ, өйткені олар адамзаттың миллиондаған жылдар бойы бақылап, негізгі заңдары XIX ғасырдың аяғына қарай тұжырымдалған, макроскопиялық құбылыстардан мүлде басқаша.

Бертін келе екі жақтылық қасиет электроңдарда да, басқа элементар бөлшектерде де ашылды. Атап айтқанда, электронның корпускулалық қасиеттерімен бірге толқындық қасиеттері де бар. Электрондардың дифракциясы мен интерференциясы байқалады.

Микрообъектілердің мұндай дағдыған тыс қасиеттерін микробөлшектер қозғалысының қазіргі теориясы - кванттық механиканың жәрдемімен түсіндіріледі. Мұнда Ньютон механикасын пайдалануға болмай қалады. Бірақ кванттық механиканы оқып-үйрену физиканың мектептік курсынын көлемінен шығып кетеді.

 Фотон - тыныштық массасы мен электр зарядынан айырылған элементар зарядынан айырылған элементар бөлшек, бірақ оның энергиясы мен импульсі бар. Бұл зарядталған бөлшектер арасындағы өзара әсерлесуді жүзеге асыратын электромагниттік өрістің кванты. Электромагниттік энергияны жеке үлестермен жұту және шығару - электромагниттік өрістің корпускулалық қасиеттерінің көрініс беру болып табылады.

Корпускулалық-толқындық дуализм — микроскопиялық деңгейде көрінетін материянын жалпы (ортақ) қасиеті.

Қосымша 1. Жұптық жұмыс. Кесте толтыру

Қосымша 2. Тапсырмалардың жауаптары

Тапсырма 1

Фотон энергиясы электроның тыныштық энериясына тең болатын сәулеленудің толқын ұзындығын анықтаңыз. (m – электрон массасы, c – жарық жылдамдығы, h – Планк тұрақтысы, λ – фотонның толқын ұзындығы)

Тапсырма 2

Энергиясы 3 эВ болатын фотонның импульсі қандай?

Тапсырма 3

Электрон қандай жылдамдықта толқын ұзындығы 200 нм ультракүлгін жарықтың фотон энергиясына тең энергияға ие болады?

Тапсырма 4

Қуаты 100 Вт жарық көзі секундына 5*10²⁰ фотон шығаратын болса, оның орташа толқын ұзындығы қандай?

Тапсырма 5

Көп уақыт қараңғыда үйренген көз қуаты 2,1*10^-17 Вт, толқын ұзындығы 0,5 мкм жарықты қабылдайды. Көздің қабылдай алатын жоғарғы шекті қуаты– 2*10^-5 Вт. 1 секундта көз торына қанша фотон түседі?