Импульс фотона
Используя формулу массы фотона, можно получить формулу импульса фотона р = mc.
p | импульс фотона, | (кг × м)/с |
---|---|---|
h | постоянная Планка, 6,626 × 10 -34 , | Дж × с |
ν | частота излучения, | Гц = 1/с |
λ | длина волны излучения в вакууме, | м |
c | скорость света в вакууме, 3 × 10 8 | м/с |
При поглощении или отражении излучения фотоны благодаря наличию у них импульса создают давление (давление излучения).
Экспериментальные доказательства квантовых свойств излучения и корпускулярной природы фотона основываются на:
а) фотоэлектрическом эффекте: скорость испускаемых фотоэлектронов не зависит от интенсивности света, но зависит от его частоты. Если частота оказывается ниже граничного значения, то электроны не испускаются;
б) эффекте Комптона: при столкновении фотона с электроном часть энергии и импульса фотона передается электрону. Потеря фотоном энергии приводит к уменьшению его частоты. Скорость электрона после соударения определяется на основе закона сохранения импульса.
Зависимость импульса фотона от частоты
Задание 2. Даны следующие зависимости величин:
A) зависимость периода свободных колебаний пружинного маятника с жёсткостью пружины k от массы груза
Б) зависимость электроёмкости плоского конденсатора с расстоянием d между пластинами от площади пластин
B) зависимость импульса фотона от частоты
Установите соответствие между этими зависимостями и видами графиков, обозначенных цифрами 1-5. Цифры в ответе могут повторяться.
A) Зависимость периода свободных колебаний пружинного маятника с жёсткостью пружины k от массы груза имеет вид . График под номером 4.
Б) Зависимость электроёмкости плоского конденсатора с расстоянием d между пластинами от площади пластин имеет вид: . График под номером 5.
B) Зависимость импульса фотона от частоты . График под номером 5.
Импульс света, свойства и принцип работы
«Импульс света — это количество световой энергии, проходящей через определенную поверхность в единицу времени. Он измеряется в единицах энергии (джоулях) умноженных на время (секунды), то есть в джоулях в секунду (Дж/с). «
1. История открытия
2. Виды импульса света
3. Принцип работы
5. Импульс фотона света
6. Энергия импульса света
7. Влияние факторов
8. Методы измерения
История открытия
История открытия импульса света начинается с 17 века, когда Исаак Ньютон проводил свои знаменитые эксперименты с призмой и светом. Он обнаружил, что белый свет можно разложить на спектр цветов, каждый из которых имеет свою длину волны. Однако, идея о том, что свет обладает импульсом, появилась гораздо позже.
В 1845 году французский ученый Жан-Батист-Жозеф Фуко выполнил эксперимент, в ходе которого он обнаружил, что когда солнечный свет падает на зеркало, оно испытывает силу. Это было первым доказательством того, что свет может оказывать давление на объекты.
Однако именно в 1900 году Альберт Майкельсон и Эдвард Морли провели эксперимент, который считается началом современного понимания импульса света. Они провели эксперимент с интерферометром для измерения скорости движения Земли относительно эфира — гипотетической среды, по которой, как тогда считалось, распространяется свет.
Эксперимент показал, что Земля движется относительно эфира, но скорость света не зависит от движения наблюдателя. Этот результат стал известным как эксперимент Майкельсона-Морли и стал одним из ключевых доказательств отсутствия эфира и теории относительности Альберта Эйнштейна.
Таким образом, импульс света был открыт в начале 20 века, хотя первые доказательства были получены еще в 17-19 веках. Эта область науки продолжает развиваться, и сегодня импульс света играет важную роль в понимании многих физических явлений, таких как лазеры, квантовая оптика и фотоны.
Виды импульса света
Виды импульса света могут быть классифицированы по различным параметрам:
- Длительность импульса: может варьироваться от фемто- до наносекунд. Более короткие импульсы (фемто- и пикосекундные) обычно используются для исследований в области фотохимии и лазерной медицины. Наносекундные импульсы используются для сварки и резки материалов.
- Частота повторения: это число импульсов, которые лазер может излучать в течение одной секунды. Низкие частоты повторения обычно используются в лазерной хирургии и других медицинских процедурах, в то время как высокие частоты повторения используются в промышленных приложениях.
- Форма импульса: могут иметь различные формы, включая прямоугольные, треугольные, гауссовы и другие. Форма влияет на то, как свет распределяется во времени и пространстве.
- Поляризация: этот параметр определяет направление колебаний электрического поля в световой волне. Это важно для некоторых применений, таких как лазерное сканирование.
- Спектр импульса: описывает распределение энергии в импульсе по разным длинам волн. Лазеры с перестраиваемой длиной волны могут генерировать импульсы с различными спектрами.
Принцип работы
Принцип работы импульса света можно описать следующим образом:
- Источник света: Используется импульсный источник света, который может быстро включаться и выключаться. Это может быть лазерная указка, лазерная пушка или ксеноновая лампа.
- Оптическая система: Свет от источника проходит через оптическую систему, которая состоит из зеркал, линз и других оптических элементов. Устройство фокусирует свет на объекте или образце.
- Регистрация: После прохождения через образец свет попадает на датчик или фотоприемник, который преобразует световой сигнал в электрический.
- Обработка сигнала: Электрические сигналы с датчика обрабатываются специальной электроникой, которая может выполнять различные функции, такие как усиление, фильтрация и анализ данных.
- Вывод данных: В результате обработки сигнала получается информация о свойствах объекта или образца, например, его цвет, форма, размер или структура. Эта информация может быть выведена на экран, распечатана или передана на другое устройство для дальнейшего анализа.
Таким образом, принцип работы импульса света заключается в создании короткого, мощного светового импульса, прохождении этого импульса через объект или образец, регистрации и обработке полученного сигнала и выводе результатов.
Свойства
Импульс света имеет следующие свойства:
- Импульс фотона: определяется формулой p = hν/c, где h — постоянная Планка, ν — частота света, а c — скорость света в вакууме.
- Направление: Импульс света всегда направлен по лучу света (по направлению распространения фотонов).
- Величина: прямо пропорциональна частоте света. Чем выше частота света, тем больше его импульс.
- Эффект на частицы: Импульс света может оказывать воздействие на частицы, например, отклонять их или вызывать их движение.
- Роль в процессах: Импульс света играет важную роль в различных физических процессах, таких как фотоэффект, эффект Комптона и т.д.
- Измерение: Импульс света можно измерить с помощью различных методов, включая интерферометрию, фемтосекундную спектроскопию и времяпролетную спектроскопию.
Импульс фотона света
Фотон — это элементарная частица света или электромагнитного излучения. Импульс фотона представляет собой меру движения фотона и определяется его энергией и скоростью. В физике импульс обычно измеряется в единицах массы умноженной на скорость (кг * м/с).
Согласно теории относительности, импульс фотона определяется по формуле:
где E — энергия фотона (Дж),
c — скорость света (м/с).
Обратите внимание, что в этой формуле энергия фотона рассчитывается в системе отсчета, связанной с самим фотоном, где его энергия равна произведению его частоты (ν) на постоянную Планка (h). В этой системе отсчета фотон неподвижен, и его частота совпадает с частотой электромагнитного поля.
Подставляя это выражение для энергии в формулу импульса, получаем:
Отсюда видно, что импульс фотона прямо пропорционален его частоте и обратно пропорционален скорости света.
Таким образом, импульс фотона зависит от его энергии и, следовательно, от частоты света. Это означает, что фотоны с разной энергией (например, фотоны разных цветов) будут иметь разный импульс.
Энергия импульса света
Энергия импульса света — это количество световой энергии, переносимой в определенном временном промежутке. Представляет пакет световой энергии, который перемещается в пространстве и времени.
Энергия импульса света зависит от нескольких факторов, таких как мощность источника света, длительность импульса и длина волны света. Мощность источника света определяет, сколько световой энергии излучается в единицу времени. Длительность импульса указывает на то, как долго свет излучается. Наконец, длина волны света определяет цвет и частоту света.
Одним из ключевых параметров для описания энергии импульса света является интенсивность света, которая представляет собой поток световой энергии через единицу площади в единицу времени. Интенсивность света может быть выражена через мощность источника света и площадь распространения света.
Влияние факторов на импульс света
Импульс света является одним из ключевых понятий в оптике и квантовой механике. Он описывает количество движения, которое переносит свет. При этом на импульс света могут влиять различные факторы, такие как:
- Частота света: Свет с более высокой частотой (то есть с более короткой длиной волны) обычно имеет больший импульс, чем свет с более низкой частотой. Это связано с тем, что фотоны, которые составляют свет, имеют массу и импульс, который пропорционален частоте света.
- Среда распространения: В разных средах свет может распространяться с разной скоростью, что влияет на его импульс. В более плотной среде свет будет иметь меньший импульс из-за замедления скорости распространения.
- Поляризация света: Может влиять на его импульс, так как свет с круговой поляризацией может иметь различный импульс в зависимости от направления вращения.
- Взаимодействие с веществом: При взаимодействии света с веществом происходит передача импульса от фотонов к атомам или молекулам. Этот процесс лежит в основе различных оптических явлений, таких как световое давление и фотоэлектрический эффект.
- Интерференция и дифракция: При этом происходит перераспределение его импульса, что позволяет управлять им для различных приложений, таких как оптические ловушки и интерферометры.
- Фазовая скорость: Этот параметр может зависеть от среды, в которой он распространяется, а также от других характеристик света, таких как его частота и поляризация. Изменение фазовой скорости может привести к изменению импульса света.
- Нелинейные эффекты: В некоторых случаях, например при высоких интенсивностях света или при взаимодействии с нелинейными материалами, импульс света может изменяться из-за различных нелинейных эффектов.
В целом, импульс света зависит от многих факторов, и понимание этих зависимостей важно для разработки новых оптических технологий и приложений.
Методы измерения
Измерение импульса света является важной частью изучения взаимодействия света с материей, а также для разработки и оптимизации лазеров и других оптических систем. Вот несколько методов, которые используются для измерения импульса света:
- Фотоэлектрический метод: В этом методе свет падает на фотоэлемент, и возникающий электрический ток пропорционален интенсивности света. Измеряя заряд или длительность импульсов, можно определить импульс света.
- Метод времени пролета: В нем используются быстродействующие детекторы, которые измеряют время пролета фотонов между двумя точками. Зная расстояние между точками и скорость света, можно вычислить импульс фотонов.
- Метод интерферометра Маха-Цандера: Основан на использовании интерферометров для измерения изменений импульса фотонов, связанных с их взаимодействием с атомами или молекулами.
- Метод дифракции: Свет проходит через дифракционную решетку или другую структуру с периодическим изменением показателя преломления, что приводит к дифракции света. Измерение угла дифракции и длины волны света позволяет определить его импульс.
- Метод фотоионизации: В этом случае свет используется для ионизации атомов или молекул, и измеряется импульс фотоэлектронов. Это позволяет определить импульс фотонов, которые были использованы для ионизации.
Применение имульса света
Вот несколько примеров его применения:
Медицина
- Фотодинамическая терапия (ФДТ) — метод лечения рака, при котором светочувствительные вещества вводятся в организм и активируются под воздействием света определенной длины волны. Это приводит к уничтожению раковых клеток.
- Фотокоагуляция – процедура, используемая для остановки кровотечения из мелких сосудов. Свет нагревает и коагулирует (запекает) кровь, останавливая кровотечение.
- Лазерная эпиляция – удаление волос на теле с помощью импульсов света, которые разрушают волосяные фолликулы.
Промышленность
- Маркировка и гравировка – использование импульсов света для создания изображений и надписей на различных материалах.
- Сварка и резка материалов – использование лазеров для соединения и разделения различных материалов (металл, пластик, стекло).
Научные исследования
- Лазерная спектроскопия – измерение характеристик атомов, молекул и ионов с помощью анализа их спектров поглощения и излучения под действием импульсов света.
- Оптические часы – измерение времени с использованием атомных переходов, возбуждаемых импульсами света.
Другие области
- Обработка изображений – использование лазеров в качестве источников света для получения изображений в фотограмметрии и астрономии.
- В телекоммуникациях – передача информации с помощью света через оптические волокна.
В целом, импульс света имеет широкий спектр применений, начиная от медицины и заканчивая промышленностью и научными исследованиями.
Зависимость импульса фотона от частоты
2-х мес. курсы «Горячее время»
2-х мес. курсы «Горячее время» для 10 классов
Обществознание с HISTRUCTOR
История с HISTRUCTOR
Математика с математиком МГУ
Учебный год 24/25
Подготовка к ЕГЭ-2025
Подготовка 10 класс — 2025
- Главная
- Каталог задач
- Каталог заданий по ЕГЭ — Физика
- Графическое представление информации.
- Задача # 28862
Тема . №21 Графическое представление информации.
.01 Графическое представление информации.
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами — ЛЕГКО!
Подтемы раздела №21 графическое представление информации.
Решаем задачу:
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Задача 1 # 28862
Даны следующие зависимости величин:
A) зависимость периода свободных колебаний пружинного маятника с жёсткостью пружины k от массы груза
Б) зависимость электроёмкости плоского конденсатора с расстоянием d между пластинами от площади пластин
B) зависимость импульса фотона от частоты
Установите соответствие между этими зависимостям и видами графиков, обозначенных цифрами 1–5. Для каждой зависимости А-В подберите соответствующий вид графика и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифра в ответе могут повторяться
Показать ответ и решение
А) Зависимость периода колебаний:
где – масса груза, – жёсткость пружины.
То есть график 4
Б) Ёмкость конденсатора находится по формуле:
где – диэлектрическая проницаемость среды, – диэлектрическая постоянная, – площадь пластин конденсатора, – расстояние между пластинами.
То есть прямая зависимость – (5)
В) Импульс фотона находится по формуле:
где – постоянная Планка, – частота света, – скорость света.
То есть прямая зависимость – (5)