Методическая разработка аудиторного практического занятия по дисциплине ПД.01 Физика Тема: «Практическое применение законов квантовой оптики при решении задач» для специальностей: 34.02.01 Сестринское дело 33.02.01 Фармация 31.02.02 Акушерское дело

Практическое занятие № 8

Тема: «Практическое применение законов квантовой оптики при решении задач».

Цели:

предметные:

-владение физическими понятиями и законами:

фотоэффект, работа выхода, фотон, энергия и импульс фотона, постоянная Планка, законы внешнего фотоэффекта, уравнение Энштейна для фотоэффекта, красная граница фотоэффекта; постулаты Бора, правила квантования.

-использование физической терминологии, символики; сформированность умения решать физические задачи по данной теме,

метапредметные:

-использование различных видов познавательной деятельности для решения физических задач, применение основных методов познания (наблюдения, описания, измерения, эксперимента) для изучения различных сторон окружающей действительности;

-умение генерировать идеи и определять средства, необходимые для их реализации.

личностные:

-умение использовать достижения современной физической науки и физических технологий для повышения собственного интеллектуального развития в выбранной профессиональной деятельности;

- подготовка к осознанию выбора дальнейшей образовательной траектории, способность к самооценке на основе наблюдения за собственной  речью, умение выстраивать конструктивные взаимоотношения в команде по решению общих задач.

Использование различных видов познавательной деятельности для решения физических задач, применение основных методов познания (наблюдения, описания, измерения, эксперимента) для изучения различных сторон окружающей действительности;

умение генерировать идеи и определять средства, необходимые для их реализации.

Использование различных видов познавательной деятельности для решения физических задач, применение основных методов познания (наблюдения, описания, измерения, эксперимента) для изучения различных сторон окружающей действительности;

умение генерировать идеи и определять средства, необходимые для их реализации

развивающие:

- развитие умений учебного труда;

-развитие мировоззрения;

-развитие навыков устной и письменной речи;

-развитие критического мышления, групповой самоорганизации, умения вести диалог;

- развитие логического мышления;

воспитательные:

- воспитание мотивов учения, положительного отношения к знаниям, уверенности в своих силах;

- воспитание интереса к физике, важности и значимости физики в практической деятельности медицинского работника;

методическая:

- стимулировать познавательную и творческую активность;

- усилить мотивацию обучающихся с помощью различных методов обучения: словесного, наглядного и современных технических средств, для создания условий усвоения материала.

Тип занятия: практическое занятие.

Форма проведения: закрепление, контроля и систематизации знаний.

Формы организации учебной деятельности: коллективная, групповая, индивидуальная.

Методы обучения: словесный, наглядный, решение практических задач.

Межпредметные связи: математика, история, биология, химия, медицина, экология.

Внутрипредметные связи: длина и скорость световой волны, двойственная природа света, электромагнитные волны.

Оборудование: ТСО (компьютер, экран), доска классная, мел.

Оснащение: учебные плакаты, таблица Менделеева, калькулятор.

Методическое оснащения занятия:

Рабочая программа учебной дисциплины физика, ТП, конспект лекции, план занятия, методические указания для преподавателя, методические указания по выполнению лабораторной работы для преподавателя и студентов.

Дидактическое оснащение занятия:

сборник задач по ред. А.П. Рымкевича 10-11кл., карточки с индивидуальными заданиями.

Литература и интернет-источники:

Для студентов:

1. Основная: Марон А.Е., Марон Е.А.Дидактические материалы по физике 10 кл: учебно-методическое пособие. – М., 2018;

2. Физика. 11 класс. Базовый и углублённый уровни : в 2 ч. Ч. 1 / JI. Э. Генденштейн, А. А. Булатова и др.; под ред. В. А. Орлова. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2019.

3. Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 кл.: Пособие для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2018;

Дополнительная:

Учебник физики под ред.Е.А.Безденежных, А.Ф.Шевченко

Для преподавателя:

1. Громов С.В. Шаронова Н.В. Физика, 10—11: Книга для учителя. – М., 2015.

2. Марон А.Е., Марон Е.А.Дидактические материалы по физике 10 кл: учебно-методическое пособие. – М., 2015;

3. Физика. 11 класс. Базовый и углублённый уровни : в 2 ч. Ч. 1 / JI. Э. Генденштейн, А. А. Булатова и др.; под ред. В. А. Орлова. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 20194.

4. Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 кл.: Пособие для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2018;

5. Универсальные поурочные разработки по физике под ред. В.А. Волкова, Москва 2018.

Методические рекомендации для студентов.

Первая часть занятия предусматривает тестовый контроль теоретического материала.

Вторая часть предусматривает решение задач по темам: «Квантовая оптика. Физика атома и атомного ядра».

Задания выполняются сначала самостоятельно, опираясь на лекции, затем разбираются совместно с преподавателем.

Последняя часть практического занятия предназначена для выполнения аудиторной самостоятельной работы по вариантам.

Внеаудиторная самостоятельная работа выполняется дома.

План занятия:

1. Оргмомент –3- 5 мин.

а) проверка присутствующих;

б) проверка внешнего вида студентов;

в)проверка готовности студентов к занятию;

г) правила техники безопасности при работе в кабинете физики.

2. Объявление темы, ее мотивация и целеполагание– 5-6 мин.

а) объявление правил работы на уроке и оглашение критериев оценивания;

б) домашнее задание;

в) начальная мотивация учебной деятельности (вовлечение обучающихся в

процесс целеполагания).

3. Актуализация опорных знаний. Фронтальный опрос по теме (физический

диктант) или решение тестовых заданий – 10-15 мин.

4. Решение задач по теме – 80-90мин.

5. Самостоятельная работа – 40-50 мин.

6. Подведение итогов занятия – 10-14мин.

Вопросы для подготовки к занятию.

1. Что такое свет, согласно квантовой теории?

2. Перечислите основные свойства света.

3. Сформулируйте теорию Планка.

4. Дайте характеристику световой частицы.

5. В чем состоит явление фотоэффекта.

6. Сформулируйте законы фотоэффекта.

7. Запишите уравнение Энштейна для фотоэффекта. Доказывает ли теория Энштейна прерывистую структуру света?

8. Теории строения атомного ядра согласно теории Томпсона и Резерфорда.

9. Сформулируйте постулаты Бора.

10. Сформулируйте и запишите правила квантования.

11. Какие виды излучений вы знаете? Охарактеризуйте каждый из них.

12. Какие типы спектров вы знаете? Охарактеризуйте каждый из них.

13. Дайте краткое описание излучений, представленных на шкале электромагнитных волн.

Перечень задач для подготовки к занятию.

1. Задачи для самостоятельного решения.

Фотон. Масса, энергия и импульс фотона. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Энштейна для фотоэффекта.

1.1. Определить работу выхода A_вых электронов из натрия, если красная граница фотоэффекта λ₀ = 500 нм.

1.2. Какая доля энергии фотона израсходована на работу вырывания фотоэлектрона, если красная граница фотоэффекта λ₀ = 307 нм и максимальная кинетическая энергия Е_mах фотоэлектрона равна 1 эВ?

1.3. Определить красную границу λ₀ фотоэффекта для цезия, если при облучении его поверхности фиолетовым светом длиной волны λ = 400 нм максимальная скорость υ_max фотоэлектронов равна 0,65 Мм/с.

1.4. Определить максимальную скорость υ_max фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра: 1) ультрафиолетовым излучением с длиной волны 0,155 мкм; 2) гамма-излучением с длиной волны 2,47Пм.

1.5. На уединенный медный шарик падает монохроматический свет, длина волны которого 0,165 мкм (ультрафиолет). До какого потенциала зарядится шарик, если работа выхода электрона для меди А_вых = 4,5 эВ?

1.6. На поверхность лития падает монохроматический свет (λ = 310 нм) Чтобы прекратить эмиссию электронов, нужно приложить задерживающую разность потенциалов U не менее 1,7 В. Определить работу выхода Aвых.

1.7. На цинковую пластинку падает монохроматический свет с длиной волны λ = 220 нм. Определить максимальную скорость υ_max фотоэлектронов.

1.8. Наблюдается ли внешний фотоэффект на фотоэлементе с цезиевым катодом. Длина волны падающего излучения 0,331 мкм? Работа выхода для цезия Авых = 1,89 эВ.

1.9. Максимальная скорость υ_max фотоэлектронов, вылетающих из металла при облучении его γ-фотонами, равна 291 Мм/с. Определить энергию Е γ-фотонов.

1.10. Для прекращения фотоэффекта, вызванного облучением ультрафиолетовым светом платиновой пластинки, нужно приложить задерживающую разность потенциалов U₁ = 3,7 В. Если платиновую пластинку заменить другой пластинкой, то задерживающую разность потенциалов придется увеличить до 6 В. Определить работу А_вых выхода электронов с поверхности этой пластинки.

1.11. Определить длину волны λ ультрафиолетового излучения, падающего на поверхность некоторого металла, при максимальной скорости фотоэлектронов, равной 10 Мм/с. Работой выхода электронов из металла пренебречь.

1.12. Поток фотонов с энергией 12эВ выбивает из металла фотоэлектроны, максимальная кинетическая энергия которых в 2 раза меньше работы выхода. Определите работу выхода для данного металла.

1.13. Для некоторого металла красной границей фотоэффекта является свет с частотой 4,3*10¹⁴Гц. Определите кинетическую энергию фотоэлектронов под действием излучения с длиной волны 1,9*10^-7 м.

1.14. Какова длина волны, излучаемого фотоном, энергия которого равна средней кинетической энергии молекулы идеального одноатомного газа при температуре 3000 К?

1.15. Длина волны рентгеновского излучения 10^-10м. Во сколько раз энергия одного фотона этого излучения превосходит энергию фотона видимого света с длиной волны 4*10^-7 м?

1.16. Один лазер излучает монохроматический свет с длиной волны 300 нм, другой с длиной волны 700 нм. Во сколько раз импульс фотонов первого лазера больше или меньше импульса фотонов второго лазера?

2.Строение атома. Постулаты Бора. Правило квантования.

2.1. Определить длину волны λ, соответствующую третьей спектральной линии в серии Бальмера.

2.2. Найти наибольшую λ_max наименьшую λ_min длины волн в первой инфракрасной серии спектра водорода (серии Пашена).

2.3. Вычислить энергию Е и частоту ν фотона, испускаемого при переходе электрона в атоме водорода с третьего энергетического уровня на первый.

2.4. Определить наименьшую Еmin и наибольшую Еmax энергии фотона в ультрафиолетовой серии спектра водорода (серии Лаймана).

2.5. Фотон с энергией Е = 16,5 эВ выбил электрон из невозбужденного атома водорода. Какую скорость будет иметь электрон вдали от ядра атома?

2.6. Найдите изменение энергии атома при испускании им фотона с частотой 4,57*10¹⁴ Гц.

2.7.На сколько изменилась энергия атома при испускании фотона с длиной волны 6,6*10^-7 м?

2.8.На рисунке представлена диаграмма энергетических уровней атома. Какой из отмеченных стрелками переходов, сопровождается испусканием кванта с минимальной частотой и минимальной длиной волны?

2.9. На рисунке представлена диаграмма энергетических уровней атома. Какой из отмеченных стрелками переходов, сопровождается:

А) поглощением кванта максимальной энергии, минимального импульса?

Б) поглощением кванта минимальной энергии, максимального импульса?

В) испусканием кванта максимальной энергии, минимального импульса?

Г) испусканием кванта минимальной энергии, максимального импульса?

2.10. При переходе атома водорода из четвертого энергетического состояния во второе испускаются фотоны с энергией 2,55эВ. Определите длину волны этой линии спектра.

2.11. Для ионизации атома азота необходима энергия 14,53 эВ. Найти длину волны излучения, вызвавшего ионизацию.

2.12. При переходе электрона в атоме водорода с третьего энергетического уровня на второй излучаются фотоны с длиной волны 6,52*10^-7 м. Какую энергию теряет при этом атом?

2.13. Атом водорода при переходе из одного стационарного состояния в другое спускает последовательно два кванта с длинами волн 40510*10^-10м и 972,5*10^-10 м. Определить изменение энергии атома водорода.

2.14. При облучении паров ртути электронами энергия атома ртути увеличивается на 4,9 эВ. Какова длина волны излучения, испускаемого атомами ртути при переходе в невозбужденное состояние?

2.15. Электрон в невозбужденном атоме водорода получил энергию 12эВ. На какой энергетический уровень он перешел? Сколько линий модно увидеть в спектре излучения? Энергия, соответствующая основному состоянию атома водорода равна -13,5эВ.

Теоретический материал

Интересное физическое явление, которое изучали многие ученые, в том числе и наш выдающийся физик А.Г.Столетов.

Квантовая оптика это раздел учения о свете, в котором изучается дискретный характер излучения, распространение и взаимодействие света с веществом, а также рассматривается корпускулярно-волновой дуализм (при распространении света проявляются его волновые свойства, а при взаимодействии с веществом - корпускулярные).

В 1900 году немецкий физик Макс Планк выдвинул гипотезу: атомы излучают электромагнитную энергию отдельными порциями – квантами.

Явление вырывания электронов из вещества под действием света называется фотоэффектом.

Открыл фотоэффект Г. Герц в 1887 году, исследовал и установил его законы А.Г. Столетов (демонстрируется фильм «История открытия законов фотоэффекта»).

Законы фотоэффекта:

1 закон: Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 секунду, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны.

2 закон: Скорость вырванных электронов пропорциональна частоте падающего излучения и не зависит от его интенсивности.

3. закон: Для каждого вещества существует наименьшая частота света или наибольшая длина волны (красная граница фотоэффекта), ниже которой фотоэффект невозможен.

Явление фотоэффекта объясняет А.Эйнштейн, если энергия каждой порции равна: , то она (энергия) расходуется на совершение работы выхода электрона из металла А и на сообщение электрону кинетической энергии.

Эйнштейн приходит к выводу, что свет не только излучается, но и распространяется в пространстве и поглощается веществом в виде квантов.

Явление фотоэффекта экспериментально доказывает прерывистую структуру света. В кванте электромагнитного излучения Эйнштейн увидел реально существующую частицу и назвал ее, словом фотон.

Итак, свет – это поток особых частиц, фотонов.

Основные свойства фотона:

• О бладают энергией

• Движутся со скоростью света с = 3*10⁸ м/с

• И меют массу покоя m=0

• Масса движущегося фотона

• Импульс фотона равен

На основе фотоэффекта создаются фотоэлементы, которые находят широкое применение:

• Заговорило кино, и стала возможной передача движущихся изображений.

• Контроль размеров изделий.

• Автоматическое включение и выключение маяков и уличного освещения.

• Автоматизация станков на заводах.

• «Видящие» автоматы в метро.

• Солнечные батареи (космические корабли) и т.д.

• Обобщенная формула Бальмера, описывающая серии в спектре водорода,

ν

где ν – частота спектральных линий в спектре атома водорода;

R – постоянная Ридберга; m определяет серию ( n=1, 2, 3, …);

n определяет отдельные линии соответствующей серии ( k=n+1, n+2, …): n=1 (серия Лаймана), n=2 (серия Бальмера), n=3 (серия Пашена), n=4 (серия Брэкета), n=5 (серия Пфунда), n=6 (серия Хэмфри).

• Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний):

Атом может находиться в особых стационарных (квантовых) состояниях, находясь в стационарном состоянии атом не излучает и не поглощает энергию.

• Второй постулат Бора (правило частот)

где и - соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения (поглощения).

• Радиус ядра: ,

где м; A – массовое число (число нуклонов в ядре).

Примеры решения задач

Задача №1. При облучении металлической пластинки квантами света с энергией 3 эВ из нее выбиваются электроны, которые проходят ускоряющую разность потенциалов U. Работа выхода электронов из металла А_вых = 2 эВ. Определите ускоряющую разность потенциалов U, если максимальная энергия ускоренных электронов Eе равна удвоенной энергии фотонов, выбивающих их из металла.

Дано:

Е=3эВ

А_вых = 2 эВ

Е_е = 2hν

U - ?

Решение:

Согласно уравнения Энштейна: hν = А_вых+ , = hν - А_вых

По условию: Е_е = 2hν

Энергия ускоренных электронов Е_е = + eU = hν - А_{вых +} eU = 2hν

Откуда: U =

U = = 5 (В)

Ответ: 5 В

Задача №2. Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода λ_max = 290 нм При облучении катода светом с длиной волны λ фототок прекращается при напряжении между анодом и катодом U= 1,5В. Определите длину волны с.

Дано:

 λ_max = 290 нм =290 м

U= 1,5В

е = 1.6 Кл

λ - ?

Решение:

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: hν = А_вых+ ,

Учитывая, что hν = h , А_вых = h , = е U

Получаем: h = h + е U, откуда выражаем:

λ = = 215 (нм)

Ответ: 215 нм.

Задача №3. Определите длину спектральной линии, соответствующей переходу электрона в атоме водорода с шестой боровской орбиты на вторую. К какой серии относится эта линия и какая она по счету?

Дано: m=2, n=6.

Определить: -?

Решение: ; ; .

Ответ: =0,41 мкм, четвертая линия серии Бальмера.

Задача №4. Используя теорию Бора для атома водорода, определите:

1) радиус ближайшей к ядру орбиты (первый Боровский радиус);

2) скорость движения электрона по этой орбите.

Дано: Z=1, n=1.

Определить: 1) -? 2) -?

Решение: ; ; Z=1, n=1,

1) 2) .

Ответ: 1) =52,8 пм; 2) =2,19 Мм/c.

Задача №5.

Найти максимальную частоту, максимальную длину волны и максимальный импульс фотона в видимой части спектра, излучённого при переходе электрона на второй энергетический уровень в атоме водорода.

Дано:

n=2

k=3,4, 5– энергетические уровни, с которых может осуществляться переход электрона;

Е₁=-13,6эВ = - 21,76 *10^-19Дж – энергия на первом уровне;

ƛ= *10^-6 м – видимая область спектра;

с = 3*10⁸ м/с – скорость света

Найти: _max – максимальную частоту фотона; ƛ_max– максимальную длину волны фотона; p _max– максимальный импульс фотона

Решение:

Согласно второму постулату Бора:

h= Ек-Еn, = = =

где и – энергии стационарных состояний атома соответственно до и после излучения фотона; h= 6.63*10^-34 Дж*с– постоянная Планка; – частота излучения фотона.

Зная световой диапазон в длинах волн *10^-6 м, можно вычислить максимальное значение частоты кванта, который принадлежит световому диапазону:

_max =3*10⁸/ 0.4*10^-6 =7.5*10¹⁴ Гц

Минимальное значение частоты при излучении будет при :

_min = = 21.76*10^-19 /6.63*10^-34 = 0.457*10¹⁵ Гц

Подставим данное значение в формулу связи между длиной волны и частотой. Если частота минимальная, то значение длины волны будет максимальное:

ƛ_max = = 3*10⁸/0.457*10¹⁵ = 657( нм)

Данное значение входит в световой диапазон – это красная линия в излучении атома водорода.

Для того чтобы вычислить максимальное значение частоты фотона в видимой части спектра, необходимо подставлять значения k от 4-х и выше.

_max =

Если подставить значение к =7, то мы выходим за диапазон видимой части спектра, поэтому максимальное значение к=6 . Именно для этого значения k находим максимальное значение частоты фотона:

_max = = 21.76*10^-19 /6.63*10^-34 = 0.73*10¹⁵ Гц

Мы попали в световой диапазон, так как он ограничивается значением 7.5*10¹⁴ Гц .

Полученная максимальная частота соответствует минимальной длине волны, равной:

ƛ_min = = 3*10⁸/0.73*10¹⁵ = 411 (нм)

Минимальная длина волны была найдена для определения максимального импульса фотона.

p_max = = 6.63*10^-34/411*10^-19 = 1.61*10^-27 кг*м/с

Задача №6.

Какую наименьшую энергию в электрон-вольтах должны иметь электроны, чтобы при возбуждении атомов водорода ударами этих электронов появились все линии всех серий спектра водорода?

Какую при этом наименьшую скорость должны иметь эти электроны?

Решение:

Все линии всех серий спектра водорода появятся при ионизации атома водорода. Энергия ионизации равна работе, совершаемой при удалении электрона с нормальной орбиты (где n=1) в бесконечность (где n=).

Тогда E1= h = hcR где R - постоянная Ридберга, k и n - номера орбиталей.

Подставив k=1, n=, получим: Ei  hcR  13,6 эВ .

Такую энергию должны иметь электроны, чтобы ионизировать атом водорода. При этом появятся все линии спектра. Скорость электронов, соответствующую этой энергии, найдем из соотношения, выражающего закон сохранения энергии:

= E_i, Отсюда V= = 2,2*10⁶ м/с

Приложение 1

Тесты входного контроля

Вариант 1.

1. В модели атома Томсона:

1) положительный заряд сосредоточен в центре атома, а электроны обращаются вокруг него;

2) положительный заряд сосредоточен в центре атома, а неподвижные электроны рассредоточены вокруг него;

3) положительный заряд рассредоточен по всему объему атома, а электроны вкраплены в эту положительную сферу;

4) нет верного варианта ответа.

2. Согласно теории Энштейна энергия светового кванта равна:

1) h + mc²; 2) mc²; 3) h / с; 4) mc² + А;

3. Фотон – это…

1) атом водорода; 2) электрон; 3) α-частица; 4) световая частица;

4. Масса фотона может быть определена по формуле:

1) mc² /2; 2) h /с ; 3) h/ сƛ; 4) h /с +Е_к ;

5. Уравнение Энштейна для фотоэффекта имеет вид:

1) h = h /с² ; 2) h = А – Е_к; 3) h = А+ Е_к; 4) h =Е_к;

6. Чему примерно равна энергия фотона зеленого света, частота которого равна 6*10 ¹⁴ Гц? Постоянную Планка принять равной 6,63*10^-34 Дж*с .

1) 1,1*10^-19 Дж; 2) 4 *10^-19 Дж; 3) 2*10^-19 Дж; 4) 8*10^-19 Дж;

7.Что представляет собой α-частица?

1) электрон; 2) полностью ионизированный атом гелия;

3) один из видов электромагнитного излучения; 4) нет верного варианта ответа;

8.Какой заряд имеет ядро, согласно планетарной модели атома Резерфорда?

1) положительный;

2) отрицательный;

3) ядро заряда не имеет;

4) может быть как положительный так и отрицательный заряд;

9.Определите с помощью таблицы Менделеева, атом какого элемента имеет пять протонов в ядре.

1) бериллий; 2) бор; 3)углерод; 4) литий;

10.Масса покоя ядра всегда … суммы масс нуклонов, из которых оно состоит.

1) больше; 2)равна; 3) меньше; 4)не равна;

11. Укажите один правильный вариант ответа. В нейтральном атоме всегда одинаковое количество..

1) нейтронов и электронов; 3) протонов и электронов;

2) нейтронов и протонов; 4) электронов, нейтронов и протонов;

12.Действием каких сил со стороны атомного ядра определяется характер движения электронов в атоме?

1) кулоновских; 2) гравитационных;

3) кулоновских и гравитационных; 4) нет верного ответа;

13. Электрон в атоме водорода перешел с третьего энергетического уровня на второй. Как при этом изменилась энергия системы электрон – ядро?

1) не изменилась; 2) увеличилась;

3) уменьшилась; 4) нет верного ответа;

14. На рисунке показаны энергетические уровни атома водорода. Переходу, показанному на рисунке стрелками, соответствует …

1) излучение атомом энергии 13,6 эВ;

2) поглощение атомом энергии 12,1 эВ;

3) излучение атомом энергии 12,1 эВ;

4) нет верного варианта ответа;

Приложение 1

Тесты входного контроля.

Вариант 2.

1. В модели атома Резерфорда:

1) положительный заряд сосредоточен в центре атома, а электроны обращаются вокруг него;

2) положительный заряд сосредоточен в центре атома, а неподвижные электроны рассредоточены вокруг него;

3) положительный заряд рассредоточен по всему объему атома, а электроны вкраплены в эту положительную сферу;

4) нет верного варианта ответа.

2. Согласно теории Планка энергия светового кванта равна:

1) h; 2) h +с; 3) h / с; 4) h + А;

3. Световой квант – это…

1) атом водорода; 2) фотон; 3) α-частица; 4) электрон;

4. Масса фотона может быть определена по формуле:

1) mc² /2; 2) h /с² ; 3) h/ с; 4) h /с +Е_к ;

5. Уравнение Энштейна для фотоэффекта имеет вид:

1) h = h /с² ; 2) h = А + eU_з; 3) h = А- eU_з; 4) h =Е_к;

6. Чему примерно равна энергия фотона красного света, длина волны которого равна 7*10^-7 м? Постоянную Планка принять равной 6,63*10^-34 Дж*с .

1) 4,64*10^-19 Дж; 2) 2,84 *10^-19 Дж; 3)0,95*10^-19 Дж; 4)1,05*10^-19 Дж;

7. Что представляет собой β -частица?

1) полностью ионизированный атом гелия;

2) один из видов электромагнитного излучения;

3) электрон;

4) позитрон;

8.Какой заряд имеет атом, согласно планетарной модели атома Резерфорда?

1) атом электрически нейтрален; 2) отрицательный;

3) положительный; 4) нет верного ответа;

9.Определите с помощью таблицы Менделеева, атом какого элемента имеет восемь электронов.

1) кислород; 2) азот; 3)углерод; 4) литий;

10. Какие силы позволяют нуклонам удерживаться в ядре?

1) гравитационные; 2)электромагнитные;

3) ядерные; 4) кулоновские;

11. Сумма масс нуклонов в атомном ядре всегда …..массы покоя ядра.

1) больше; 2)равна; 3) меньше; 4)не равна;

12. Электрон в атоме водорода перешел с первого энергетического уровня на четвертый . Как при этом изменилась энергия системы электрон - ядро?

1) не изменилась; 2) увеличилась;

3) уменьшилась; 4) нет верного ответа;

14. На рисунке показаны энергетические уровни атома водорода. Переходу, показанному на рисунке стрелками1,4,5 , соответствует …

1) излучение атомом энергии;

2) поглощение атомом энергии;

3) излучение и поглощение атомом энергии;

4) нет верного варианта ответа;

Эталоны ответов и критерии оценивания.

13-14 баллов – «отлично»

11-12 баллов – «хорошо»

9-10 баллов –«удовлетворительно»

8 баллов и менее – «неудовлетворительно»

Приложение 2

Задания для выходного контроля:

Эталоны ответов.

Критерии оценивания:

В каждой задаче записывается краткое условие, производится перевод единиц в СИ, все физические законы записаны верно, выведены конечные формулы, записан «ответ»

Оценка 5 «отлично» - приведено верное решение всех задач, ошибок нет;

Оценка 4 «хорошо» - приведено верное решение всех задач, допускается не более одной расчетной ошибки либо два недочета;

Оценка 3 «удовлетворительно» - решено не менее трех заданий без ошибок, или решено пять заданий, но допущено не более двух расчетных ошибок;

Оценка 2 «неудовлетворительно» - решено менее трех заданий, либо допущены грубые ошибки во всех пяти заданиях.

4. Решение задач.

1. Определить работу выхода A_вых электронов из натрия, если красная граница фотоэффекта λ₀ = 500 нм.

2.Какая доля энергии фотона израсходована на работу вырывания фотоэлектрона, если красная граница фотоэффекта λ₀ = 307 нм и максимальная кинетическая энергия Е_mах фотоэлектрона равна 1 эВ?

3.Определить красную границу λ₀ фотоэффекта для цезия, если при облучении его поверхности фиолетовым светом длиной волны λ = 400 нм максимальная скорость υ_max фотоэлектронов равна 0,65 Мм/с.

4. Определить максимальную скорость υ_max фотоэлектронов, вырываемых с поверхности серебра: 1) ультрафиолетовым излучением с длиной волны 0,155 мкм; 2) гамма-излучением с длиной волны 2,47Пм.

5. На уединенный медный шарик падает монохроматический свет, длина волны которого 0,165 мкм (ультрафиолет). До какого потенциала зарядится шарик, если работа выхода электрона для меди А_вых = 4,5 эВ?

6. На поверхность лития падает монохроматический свет (λ = 310 нм) Чтобы прекратить эмиссию электронов, нужно приложить задерживающую разность потенциалов U не менее 1,7 В. Определить работу выхода Aвых.

7. Максимальная скорость υ_max фотоэлектронов, вылетающих из металла при облучении его γ-фотонами, равна 291 Мм/с. Определить энергию Е γ-фотонов.

8. Для прекращения фотоэффекта, вызванного облучением ультрафиолетовым светом платиновой пластинки, нужно приложить задерживающую разность потенциалов U₁ = 3,7 В. Если платиновую пластинку заменить другой пластинкой, то  задерживающую разность потенциалов придется увеличить до 6 В. Определить работу А_вых выхода электронов с поверхности этой пластинки.

9. Поток фотонов с энергией 12эВ выбивает из металла фотоэлектроны, максимальная кинетическая энергия которых в 2 раза меньше работы выхода. Определите работу выхода для данного металла.

10. Один лазер излучает монохроматический свет с длиной волны 300 нм, другой с длиной волны 700 нм. Во сколько раз импульс фотонов первого лазера больше или меньше импульса фотонов второго лазера?

11. Определить длину волны λ, соответствующую третьей спектральной линии в серии Бальмера.

12. Определить наименьшую Еmin и наибольшую Еmax энергии фотона в ультрафиолетовой серии спектра водорода (серии Лаймана).

13. Фотон с энергией Е = 16,5 эВ выбил электрон из невозбужденного атома водорода. Какую скорость будет иметь электрон вдали от ядра атома?

14. Найдите изменение энергии атома при испускании им фотона с частотой 4,57*10¹⁴ Гц.

15.На сколько изменилась энергия атома при испускании фотона с длиной волны 6,6*10^-7 м?

16.На рисунке представлена диаграмма энергетических уровней атома. Какой из отмеченных стрелками переходов, сопровождается:

А) испусканием кванта с минимальной частотой и минимальной длиной волны?

Б) поглощением кванта максимальной частоты и максимальной длины волны?

17. При переходе атома водорода из четвертого энергетического состояния во второе испускаются фотоны. Определите длину волны этой линии спектра.

18. При переходе электрона в атоме водорода с третьего энергетического уровня на второй излучаются фотоны с длиной волны 6,52*10^-7 м. Какую энергию теряет при этом атом?

19. При облучении паров ртути электронами энергия атома ртути увеличивается на 4,9 эВ. Какова длина волны излучения, испускаемого атомами ртути при переходе в невозбужденное состояние?

20.Электрон в невозбужденном атоме водорода получил энергию 12эВ. На какой энергетический уровень он перешел? Сколько линий можно увидеть в спектре излучения? Энергия, соответствующая основному состоянию атома водорода равна -13,5эВ.

21. Определите состав атомных ядер следующих химических элементов:

²³⁸ ₉₂U, ²³⁹ ₉₂U, ⁹⁶ ₄₂Mo, ²¹⁰ ₈₄Po, ⁹⁹ ₄₃Tc, ⁷₃Li, ¹⁴ ₇N, ²³² ₉₀Th

Министерство здравоохранения Оренбургской области
Государственное автономное профессиональное

образовательное учреждение

«Оренбургский областной медицинский колледж»

Методическая разработка

аудиторного практического занятия

по дисциплине ПД.01 Физика

Тема: «Практическое применение законов квантовой оптики при решении задач»

для специальностей: 34.02.01 Сестринское дело

33.02.01 Фармация

31.02.02 Акушерское дело

Оренбург – 2022

Рассмотрено и одобрено

на заседании ПЦК

общеобразовательных дисциплин

Протокол № ___ от «__»_______

Председатель ПЦК

_________________ Н.В. Лапина

Методическая разработка аудиторного практического занятия по дисциплине ПД.01 Физика для специальностей СПО 34.02.01 Сестринское дело, 33.02.01 Фармация,

31.02.02 Акушерское дело составлена согласно:

• Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования

• Примерной основной образовательной программы среднего общего образования, одобренной решением федерального учебно-методического объединения по общему образованию (протокол от 28 июня 2016 г. № 2/16-з).

• в соответствии с рабочей программой ПД.01 Физика.

Методическая разработка содержит перечень теоретических и практических заданий, перечень задач для самостоятельной аудиторной и внеаудиторной работы, перечень задач для аудиторной работы обучающихся под контролем преподавателя, задания для входного и выходного контроля с эталонами ответов и критериямми оценивания.

При выполнении заданий студенты учатся применять на практике полученные теоретические знания, отрабатывается алгоритм решения задач по теме занятия.

Методическая разработка предназначена для преподавателей физики, работающих в системе СПО и может быть использована при изучении Раздела 5 «Квантовая физика»: Тема 5.1. «Квантовая оптика»

Тема 5.2. «Физика атома».

Автор: преподаватель физики ГАПОУ «ООМК» Кириллова С.Б. (высшая квалификационная категория).