Деякі особливості вивчення квантової оптики в школі

Сторінка 2

Нехай паралельний пучок монохроматичних світлових променів проходить крізь щілину. Як відомо, на екрані, розміщеному за щілиною, виникає дифракційна картина. Нагадуємо учням, що з погляду хвильової теориії максимуми й мінімуми освітленості дифракцшної картини визначаються різними значеннями квадрата амплітуди світлової хвилі в цих точках простору: . Потім повідомляємо, що з погляду квантової теорії дифракційна картина означає, що під час проходження світла крізь щілину відбувається статистичний перерозподіл фотонів у просторі. Освітленість екрана залежить від кількості фотонів n, які потрапляють в ту чи іншу його точку: ~. Співставляючи обидва вирази для освітленості, маємо, що ~. Тобто квадрат амплітуди свгтлової хвилі в точці простору пропорціний числу фотонів, що потрапляють у цю точку. Отже, квадрат амплітуди світлової хвилі в даній точці визначаєть ймовірнюсть потрапляння фотонів у цю точку простору.

Повертаючись до нашого досліду, будемо зменшувати інтенсивність світлового пучка до тих пір, поки він не буде складатися з окремих фотонів. Простежимо за рухом окремого фотона. Виявляеться, що, незважаючи на те, що умови досліду для кожного фотона однакові кожний фотон "поводить себе по-своєму". Він з певною ймовірністю може попасти в ту чи іншу точку екрана. Але якщо спостерігати тривалий час, то результат виявляється такий же, як i у випадку, коли на щілину падає світловий потік, що складається з великої кількості фотонів. Таким чином, дослід указує на те, що хвильові властивості притаманні не тільки сукупності великої кількості фотонів, які одночасно рухаються, а й кожному окремому фотону.

Робимо висновок: поведінка фотона має принципово ймовірнісний характер. Неможливо точно визначити, у яку саме точку екрана потрапить фотон після проходження щілини. Можна говорити лише про ймовірність потрапляння кожного фотона в ту чи іншу точку екрана. Пояснюємо учням, що це — результат хвильових властивостей кожного окремого фотона.

Розглянутий дослід важливий i тим, що вказує на зв'язок між квантовими й хвильовими властивостями світла, поглиблює уявлення учнів про корпускулярно-хвильовий дуалізм. Крім того, він вказує, що поведінці окремого мікрооб'єкту властива як випадковість, а й ймовірність цієї поведінки — як необхідність. Потрапляння фотона, який пройшов щілину, в ту чи іншу точку екрана є випадковим, а виникнення на екран результуючої дифракційної картини — необхідним.

При вивчені квантових властивостей світла використовуються деякі положення теорії відносності, зокрема закон взаємозв'язку між масою i енергією. Для більш високого наукового рівня викладу матеріалу потрібно, щоб учні попередньо були ознайомлені i з релятивістським співвідношенням між енергією та імпульсом. Як відомо, енергія й імпульс є універсальними характеристиками матеріальної точки у вільному стані.У процесі взаемодії енергія й імпульс матеріальної точки змінюються, але таким чином, що їхній зв’язок описується співвідношенням , де — повна енергія матеріальної точки, — її імпульс, — маса спокою.

Ця формула е фундаментальним співвідношенням релятивістської механіки. Оскільки це співвідношення е наслідком властивостей простору-часу, то воно є універсальним для будь-яких фізичних об'єктів, у тому числі й для фотону.

У шкільних підручниках вираз для імпульсу фотона записується за відомою із механіки формулою . Але цю формулу для фотона неможливо застосовувати без важливих додаткових пояснень. Науково обгрунтованим є виведення формули для імпульсу фотона саме із релятивістського співвідношення між енергією й імпульсом.

Для фотона і , тому

де — маса фотона, яка визначається за формулою .

Страницы: 1 2 3 4

Це цікаво:

Сутність понять “компетенція” та “соціокультурна компетенція”
Оволодіння іноземною мовою як засобом міжкультурного спілкування неможливо без паралельного вивчення відповідної культури. “Якщо розуміти під культурою все, що робить та думає нація, то мова фіксує саме як ця нація думає,” – зазначає Е. Азимов. Культура, на думку G. Brown – це контекст, всередині я ...

Використання електронних атласів
Використання інформаційних технологій, електрон­них версій картографічних атласів, комп'ютерних навчальних програм є головною передумовою підготовки учнів, які можуть працювати в інформаційному суспільстві сьогодні і в майбутньому. Електронний навчальний атлас з географії − це інтерактивний к ...

Історія виникнення методу
Альтернативою традиційним методом навчання може бути метод проектів. Цей метод не можна назвати принципово новим, адже істинної інновації в галузі педагогіки - явище надзвичайно рідкісне. Як правило, це розгляд на новому витку педагогічних, соціальних, культурних досягнень, давно забутих педагогічн ...

Інтерактивні уроки

Інтерактивні уроки

На початку ХХІ століття соціокультурний розвиток людства визначив закріплення складної та суперечливої тенденції, що дістала назву глобалізації.

КАТЕГОРІЇ

Copyright © 2019 - All Rights Reserved - www.novapedahohika.com