Fale elektromagnetyczne i widmo EM
c=λf, foton E=hf, polaryzacja i widmo od gamma do radiowych
Po tej lekcji będziesz umieć
Wyjaśniać budowę i propagację fali elektromagnetycznej
E ⊥ B ⊥ kierunek
Wiązać długość fali, częstotliwość i prędkość
c = λf, v = c/n
Klasyfikować zakresy widma EM
od radiowych po gamma
Obliczać energię i pęd fotonu
E = hf, p = h/λ
Stosować prawo Malusa
I = I0cos2α
Interpretować efekt Dopplera dla światła
blueshift / redshift
Po co Ci to na maturze?
W zadaniach CKE często trzeba połączyć długość fali z częstotliwością, obliczyć energię fotonu albo rozpoznać zakres widma elektromagnetycznego.
Najważniejsza idea
Najważniejsza idea: Pojawiają się także zadania z prawa Malusa, polaryzacji, efektu fotoelektrycznego, efektu Dopplera oraz interpretacji przesunięcia ku czerwieni i błękitowi.
Intuicja zjawiska
Fala elektromagnetyczna nie wymaga ośrodka materialnego. Zmienne pole elektryczne wytwarza zmienne pole magnetyczne, a to podtrzymuje pole elektryczne — dzięki temu zaburzenie rozchodzi się w próżni.
Samopodtrzymująca fala
Zmienne E wytwarza zmienne B i odwrotnie — fala napędza samą siebie i biegnie bez ośrodka.
Jeden mechanizm
Różne zakresy widma to nie różne zjawiska, lecz ta sama fala EM o różnej częstotliwości i energii fotonu.
Częstotliwość i energia
Im większa częstotliwość, tym większa energia pojedynczego fotonu (E = hf).
Poprzeczność
Możliwość polaryzacji potwierdza, że fala EM jest poprzeczna.
Wielkości i jednostki
Długość fali λ :: [m] :: odległość między punktami o tej samej fazie Częstotliwość f :: [Hz] :: liczba drgań na sekundę Prędkość światła c :: [m/s] :: prędkość fali EM w próżni Prędkość w ośrodku v :: [m/s] :: v = c/n Współczynnik załamania n :: [—] :: n = …
Modele i zasady
:rule Fala EM Jest poprzeczna: E ⊥ B ⊥ kierunek propagacji. W próżni wszystkie fale EM mają tę samą prędkość c; w ośrodku prędkość maleje do v = c/n.
Mapa fal elektromagnetycznych i widma EM
Słownictwo
Teoria: wzory i interpretacje
Zależność falowa — w próżni i w ośrodku: c = \lambda f, \qquad v = \lambda f, \qquad v = \frac{c}{n} Przy przejściu między ośrodkami częstotliwość się nie zmienia; zmieniają się prędkość i długość fali.
Solver fal EM
:solver-fale-em
Doświadczenie: weryfikacja prawa Malusa
Cel: sprawdzić zależność natężenia światła od kąta między polaryzatorami. Przyrządy: źródło światła, dwa polaryzatory liniowe, luksomierz lub fotodioda, kątomierz.
Przykład
Przykład rozwiązany
Czerwone światło λ = 700 nm. Oblicz f oraz energię fotonu w J i eV.
Mini-praktyka CKE — przeanalizuj sam
-praktyka Foton UV: λ = 300 nm. Oblicz E w eV.
Częste błędy
c zależy od f w próżni :: Nie! W próżni c jest stałe dla wszystkich fal EM.
Powtórka w 30 sekund
fala EM jest poprzeczna :: E ⊥ B ⊥ kierunek w próżni c = 3·10⁸ m/s :: w ośrodku v = c/n na granicy f się nie zmienia :: zmieniają się v i λ E = hf = hc/λ :: energia fotonu krótsza λ → większa energia :: p = h/λ I = I₀cos²α :: prawo Malusa :key Zbliżanie źró…
Kluczowe pojęcia
Fala elektromagnetyczna :: rozchodzące się sprzężone pola E i B; poprzeczna; c = 3·10⁸ m/s w próżni; c = λf Widmo elektromagnetyczne :: pełny zakres częstotliwości fal EM; granice zakresów są umowne Foton :: kwant energii pola EM; E = hf = hc/λ; masa spoczy…
Sprawdź się i przećwicz
sub :: Fale EM łączą optykę, fotony i kosmologię — sprawdź, czy pewnie liczysz energię fotonu i stosujesz prawo Malusa. sprawdzian :: Widmo EM, energia fotonu, polaryzacja i Doppler :: 15 min zbior :: Zadania maturalne z rozwiązaniami krok po kroku — przeć…
Powtórka do matury
Ten temat na maturze
Źródła, format CKE i materiały ZPE
men :: Fizyka ZR, dział: Fale elektromagnetyczne i optyka. Zakres: fale EM, widmo, energia i pęd fotonu, polaryzacja i prawo Malusa, efekt Dopplera.
W tej lekcji
ZJAWISKO I MODEL
DOŚWIADCZENIE