Увсех классических механических волн (в жидкостях, газах и твердых телах) главный параметр, определяющий энергию волны, — это ее амплитуда (точнее, квадрат амплитуды). в случае света амплитуда определяет интенсивность излучения. однако при изучении явления фотоэффекта — выбивания светом электронов из металла — обнаружилось, что энергия выбитых электронов не связана с интенсивностью (амплитудой) излучения, а зависит только от его частоты. даже слабый голубой свет выбивает электроны из металла, а самый мощный желтый прожектор не может выбить из того же металла ни одного электрона. интенсивность определяет, сколько будет выбито электронов, — но только если частота превышает некоторый порог. оказалось, что энергия в электромагнитной волне раздроблена на порции, получившие название квантов. энергия кванта электромагнитного излучения фиксирована и равна e = hν, где h = 4·10–15 эв·с = 6·10–34 дж·с — постоянная планка, еще одна величина, определяющая свойства нашего мира. с отдельным электроном при фотоэффекте взаимодействует отдельный квант, и если его энергии недостаточно, он не может выбить электрон из металла. давний спор о природе света — волны это или поток частиц — разрешился в пользу своеобразного синтеза. одни явления описываются волновыми уравнениями, а другие — представлениями о фотонах, квантах электромагнитного излучения, которые были введены в оборот двумя — максом планком и альбертом эйнштейном. энергию квантов в принято выражать в электрон-вольтах. это внесистемная единица измерения энергии. один электрон-вольт (1 эв) равен энергии, которую приобретает электрон, когда разгоняется электрическим полем напряжением 1 вольт. это небольшая величина, в единицах системы си 1 эв = 1,6·10–19 дж. но в масштабах атомов и молекул электрон-вольт — вполне солидная величина.от энергии квантов напрямую зависит способность излучения производить определенное воздействие на вещество. многие процессы в веществе характеризуются пороговой энергией — если отдельные кванты несут меньшую энергию, то, как бы много их ни было, они не смогут спровоцировать надпороговый процесс. немного забегая вперед, примеры. энергии свч-квантов хватает для возбуждения вращательных уровней основного электронно-колебательного состояния некоторых молекул, например воды. энергии в доли электрон-вольта хватает для возбуждения колебательных уровней основного состояния в атомах и молекулах. этим определяется, например, поглощение инфракрасного излучения в атмосфере. кванты видимого света имеют энергию 2–3 эв — этого достаточно для нарушения связей и провоцирования некоторых реакций, например, тех, что протекают в фотопленке и в сетчатке глаза. ультрафиолетовые кванты могут разрушать более сильные связи, а также ионизировать атомы, отрывая внешние электроны. это делает ультрафиолет опасным для жизни. рентгеновское излучение может вырывать из атомов электроны с внутренних оболочек, а также возбуждать колебания внутри атомных ядер. гамма-излучение способно разрушать атомные ядра, а самые энергичные гамма-кванты даже внедряются в структуру элементарных частиц, таких как протоны и нейтроны.
Измерение ускорения свободного падения с математического маятника Цель работы: научиться измерять ускорение свободного падения, используя формулу периода колебаний математического маятника. Приборы и материалы: штатив, шарик с прикрепленной к нему нитью, измерительная лента, секундомер (или часы с секундной стрелкой) . Порядок выполнения работы 1. Подвесьте к штативу шарик на нити длиной 30 см. 2. Измерьте время 10 полных колебаний маятника и вычислите его период колебаний. Результаты измерений и вычисления занесите в таблицу 13. 3. Пользуясь формулой периода колебаний математического маятника T = 2p, вычислите ускорение свободного падения по формуле: g = . 4. Повторите измерения, изменив длину нити маятника. 5. Вычислите относительную и абсолютную погрешность изменения ускорения свободного падения для каждого случая по формулам: dg = = + ; Dg = g•dg. Считайте, что погрешность измерения длины равна половине цены деления измерительной ленты, а погрешность измерения времени — цене деления секундомера. 6. Запишите значение ускорения свободного падения в таблицу 13 с учетом погрешности измерений.
