ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Fizyka atomowa (rozszerzenie)klasa 4 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/4/fizyka/foton-energia-i-ped/

Fizyka · Fizyka atomowa (rozszerzenie) · kl. 4 · zakres rozszerzony

Foton: energia i pęd

Światło leci w „porcjach” – fotonach. Każdy foton ma energię i pęd, a z mocy źródła policzysz, ile fotonów wysyła ono w sekundę.

ok. 3 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Fala i cząstka

  • Światło ma cechy fali (interferencja, dyfrakcja, polaryzacja) i cechy strumienia cząstek – fotonów (np. zjawisko fotoelektryczne). To dualizm korpuskularno-falowy: w jednych doświadczeniach widać naturę falową, w innych – cząstkową.
  • Foton nie ma masy, w próżni zawsze leci z prędkością c, a mimo to niesie energię i pęd.

2Energia fotonu

  • Oznaczenia: E — energia fotonu [J lub eV]; h — stała Plancka, 6,63·10−⁠34 J·s; f — częstotliwość [Hz]; c — prędkość światła w próżni, 3,00·108 m/s; λ — długość fali [m]; 1 eV = 1,60·10−⁠19 J.
Zapamiętaj

E = hf = hc przez λ – krótsza fala to bardziej energetyczny foton (nadfiolet ma więcej energii niż czerwień).

  • Skrót: hc ≈ 1240 eV·nm, więc E [eV] = 1240 przez λ [nm].
  • Przykład 1 – dane: λ = 400 nm = 4,00·10−⁠7 m.
  • Wzór: E = hc przez λ.
  • Obliczenia: E = 6,63·10−⁠34 · 3,00·108 przez 4,00·10−⁠7 J ≈ 4,97·10−⁠19 J = 4,97·10−⁠19 przez 1,60·10−⁠19 eV ≈ 3,1 eV (skrótem: 1240/400 = 3,10 eV).
  • Odpowiedź: E ≈ 4,97·10−⁠19 J ≈ 3,1 eV.
Sprawdź, czy rozumiesz

Które zjawisko najlepiej pokazuje cząstkową (fotonową) naturę światła?

3Pęd fotonu

  • Oznaczenia: p — pęd fotonu [kg·m/s]; pozostałe jak wyżej.
Zapamiętaj

p = h przez λ = E przez c

  • Dzięki pędowi światło wywiera ciśnienie (żagiel słoneczny), a atom odskakuje, gdy wysyła foton.
  • Przykład 1 cd.: p = 6,63·10−⁠34 przez 4,00·10−⁠7 kg·m/s ≈ 1,66·10−⁠27 kg·m/s; to samo daje E przez c = 4,97·10−⁠19 przez 3,00·108 kg·m/s.

4Ile fotonów leci?

  • Przykład 2 – dane: laser 650 nm, moc P = 1,0 mW = 1,0·10−⁠3 W.
  • Wzory: E = hc przez λ; liczba fotonów na sekundę N = P przez E (P – moc [W], E – energia fotonu [J]).
  • Obliczenia: E = 1240 przez 650 eV ≈ 1,91 eV ≈ 3,05·10−⁠19 J; N = 1,0·10−⁠3 przez 3,05·10−⁠19 s−⁠1 ≈ 3,3·1015 s−⁠1.
  • Odpowiedź: ok. 3,3·1015 fotonów na sekundę.
Uwaga na błąd

Wstawianie λ w nanometrach do wzoru w SI (albo λ w metrach do skrótu 1240 eV·nm). Wybierz jedną drogę: SI albo eV i nm.

Sprawdź, czy rozumiesz

Laser o mocy 2 mW wysyła fotony po 2 eV (≈ 3,2·10−⁠19 J). Ile fotonów wylatuje w każdej sekundzie?

✎Ściąga: Foton: energia i pęd

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • E = hf = hc przez λ – krótsza fala to bardziej energetyczny foton (nadfiolet ma więcej energii niż czerwień).
  • p = h przez λ = E przez c
  • Oznaczenia: E — energia fotonu [J lub eV]; h — stała Plancka, 6,63·10−⁠34 J·s; f — częstotliwość [Hz]; c — prędkość światła w próżni, 3,00·108 m/s; λ — długość fali [m]; 1 eV = 1,60·10−⁠19 J.
  • Przykład 1 – dane: λ = 400 nm = 4,00·10−⁠7 m.
  • Wzór: E = hc przez λ.
  • Obliczenia: E = 6,63·10−⁠34 · 3,00·108 przez 4,00·10−⁠7 J ≈ 4,97·10−⁠19 J = 4,97·10−⁠19 przez 1,60·10−⁠19 eV ≈ 3,1 eV (skrótem: 1240/400 = 3,10 eV).
  • Odpowiedź: E ≈ 4,97·10−⁠19 J ≈ 3,1 eV.
  • Oznaczenia: p — pęd fotonu [kg·m/s]; pozostałe jak wyżej.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Który wzór opisuje pęd fotonu o długości fali λ?

    1. Ap = hλ
    2. Bp = h/λ
    3. Cp = hc/λ
    4. Dp = λ/h
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: p = h/λ – Pęd fotonu to p = h/λ = E/c; wyrażenie hc/λ to energia, a nie pęd.

  2. Foton ma długość fali 620 nm. Jego energia wynosi około

    1. A620 eV
    2. B2,0 eV
    3. C20 eV
    4. D0,5 eV
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 2,0 eV – E = 1240 eV·nm / 620 nm = 2,0 eV.

  3. Ile dżuli ma foton o energii 3,0 eV?

    1. A1,9·10−⁠20 J
    2. B4,8·1019 J
    3. C1,9·1019 J
    4. D4,8·10−⁠19 J
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 4,8·10−⁠19 J – E = 3,0 · 1,60·10−⁠19 J = 4,8·10−⁠19 J (przy zamianie eV na J mnożysz przez 1,60·10−⁠19).

  4. Jak zmieni się pęd fotonu, gdy jego długość fali wzrośnie dwa razy?

    1. AWzrośnie dwa razy
    2. BZmaleje cztery razy
    3. CZmaleje dwa razy
    4. DNie zmieni się
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Zmaleje dwa razy – p = h/λ jest odwrotnie proporcjonalny do λ, więc dwa razy dłuższa fala to dwa razy mniejszy pęd.

  5. Laser o mocy 2 mW wysyła fotony po 2 eV (≈ 3,2·10−⁠19 J). Ile fotonów wylatuje w każdej sekundzie?

    1. Aok. 6·1022
    2. Bok. 6·1015
    3. Cok. 1,6·10−⁠22
    4. Dok. 6·10−⁠16
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: ok. 6·1015 – N = P/E = 2·10−⁠3 W / 3,2·10−⁠19 J ≈ 6·1015 fotonów na sekundę.

  6. Foton nadfioletu ma w porównaniu z fotonem czerwonym

    1. Amniejszą energię i większy pęd
    2. Bwiększą energię i mniejszy pęd
    3. Ctaką samą energię i taki sam pęd
    4. Dwiększą energię i większy pęd
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: większą energię i większy pęd – Krótsza fala to większa częstotliwość, więc E = hf i p = h/λ są większe.

  7. Które zjawisko najlepiej pokazuje cząstkową (fotonową) naturę światła?

    1. ADyfrakcja na siatce
    2. BPolaryzacja
    3. CZjawisko fotoelektryczne
    4. DInterferencja na dwóch szczelinach
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Zjawisko fotoelektryczne – Fotoefekt da się wyjaśnić tylko tym, że jeden foton oddaje energię hf jednemu elektronowi; pozostałe zjawiska świadczą o naturze falowej.

  8. Foton nie ma masy. Czy może mieć pęd?

    1. ATak, p = E/c
    2. BNie, pęd to zawsze mv
    3. CNie, bo porusza się z prędkością c
    4. DTak, ale tylko w szkle
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: Tak, p = E/c – Foton przenosi pęd p = E/c = h/λ, co widać np. w odrzucie atomu przy emisji.

Cały dział „Fizyka atomowa (rozszerzenie)”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 4