Современная физика: учебное руководство

Главные идеи

Современная физика описывает свет и вещество в малых масштабах. Свет состоит из квантов — фотонов, у частиц есть длина волны, у атомов дискретные уровни энергии, а ядра распадаются случайно с постоянным периодом полураспада.

• Энергия фотона E = hf = hc ÷ λ. При hc = 1240 эВ·нм длина волны в нанометрах сразу даёт энергию в электронвольтах.
• В фотоэффекте K_max = hf − φ. Частота определяет, вылетят ли электроны; интенсивность определяет лишь их число.
• Частица с импульсом p имеет длину волны де Бройля λ = h ÷ p. Уровни водорода E_n = −13,6 эВ ÷ n², а свет излучается, когда электрон переходит между уровнями вниз.
• За каждый период полураспада распадается половина оставшихся ядер: N = N₀(½)^(t ÷ T½). Масса и энергия связаны соотношением E = mc².

Основные формулы

• E = hf = hc ÷ λ
• K_max = hf − φ
• λ = h ÷ p
• E_n = −13.6 eV ÷ n²
• N = N₀(½)^(t ÷ T½)
• E = mc²

Разобранный пример

Ультрафиолетовый свет с длиной волны 200 нм падает на металл с работой выхода 4,0 эВ. Энергия фотона 1240 ÷ 200 = 6,2 эВ. Максимальная кинетическая энергия вылетевших электронов 6,2 − 4,0 = 2,2 эВ. У красного света 700 нм всего 1,8 эВ, и он не выбьет ни одного электрона, как бы ни был интенсивен.

Частые ошибки

• Мнение, что более яркий свет даёт более быстрые электроны. Яркий свет даёт больше электронов; для более быстрых нужна большая частота.
• Смешивание джоулей и электронвольт или подстановка длины волны в метрах вместе с hc в эВ·нм.
• Вера в то, что образец исчезает после двух периодов полураспада. Остаётся ещё четверть.

Практика

Проверьте себя на тренировочных вопросах по этой теме: Современная физика