Урок физики в 11 классе .Фотоэффект. Теория фотоэффекта

Фотоэффект. Теория фотоэффекта

(Урок физики в11 классе)

Автор-разработчик: Храмцова Надежда Юрьевна., учитель физики

1 категории, МБОУ "Мирнинская СОШ "

Цели: сформировать представление о фотоэффекте и изучить законы, которым он подчиняется; проверить законы фотоэффекта с помощью виртуального эксперимента; развивать логическое мышление, закрепить умение моделировать процессы на компьютере, анализировать результаты эксперимента; воспитание коммуникабельности (умения общаться), внимания, активности, чувство ответственности, привитие интереса к предмету.

Оборудование: ПК, интерактивная доска, презентация, диск «Открытая физика», текстовые файлы.

Тип урока: урок изучения нового материала, комбинированный урок.

Ход урока.

1.Актуализация знаний:

(слайд 1-2)

1.В чем состояла гипотеза М.Планка?

2.Что названо квантами?

3. Отчего зависит энергия кванта?

4.Какая величина была определена по распределению энергии по частотам?

5. Чему равна постоянная Планка?

• Что такое электромагнитная волна?

• Что такое свет? Какими свойствами обладает свет?

• Что вы знаете о свете?

2. Изучение нового материала.

(Слайд3 )

Мы знаем, как ведет себя свет , падая на вещество. А вот, что происходит с веществом под действием света? Каковы ваши предположения?

(Слайд 4 )

1.Раз свет- это волна, а волна несет с собой энергию, значит, при поглощении света веществом вещество должно нагреваться.

2. Нам известно, что при падении света на полупроводники проводимость их

увеличивается.

3.Падая, свет передает энергию атомам вещества и может вырвать у них электроны.

(Слайд 5) Какое из предположений требует проверки и как это сделать?

Нужно проверить последнее предположение. Для этого будем освещать вещество светом и следить за тем, что происходит с зарядом. Для проведения опыта нам необходимы следующие приборы: источник света, электроскоп, металлическая пластина

(Слайд 6) 1.Освещаем металлическую пластинку, закрепленную на электроскопе, лампой накаливания. Стрелка электроскопа не отклоняется.

Объясните результат опыта.

(Источник света слабый, расстояние между пластиной и источником света большое)

2.Меняем расстояние, источник света. Результат тот же.

3.А теперь изменим опыт, зарядив предварительно пластину отрицательно и осветив ее ультрафиолетовой лампой. Объясните результат опыта.

(свет вырывает электроны, они отталкиваются от отрицательной пластины и поэтому заряд ее уменьшается. В предыдущем опыте заряд не менялся потому, что при вырывании электрона она заряжалась положительно

и притягивала к себе электроны.)

(Слайд 7) Наше предположение о том, что свет, падая на металл, вырывает с его поверхности электроны, подтвердилось.

Это явление получило название внешнего фотоэффекта.

(Слайд8 ) тема сегодняшнего урока: «Фотоэффект. Теория фотоэффекта»

Откройте тетради, запишите число и тему урока

(Слайд 9) Задачи урока: сформировать представление о фотоэффекте и изучить законы, которым он подчиняется; проверить законы фотоэффекта с помощью виртуального эксперимента; развивать логическое мышление, анализировать результаты эксперимента; воспитание коммуникабельности (умения общаться), внимания, активности, чувство ответственности, привитие интереса к предмету.

(Слайд 10) Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света. (записать в тетрадь)

Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым. Наиболее полное исследование явления фотоэффекта было выполнено Ф. Ленардом в 1900 г. К этому времени уже был открыт электрон (1897 г., Дж. Томсон).

(Слайд11 ) Явление фотоэффекта мы продолжим исследовать дальше.

Для того, чтобы получить о фотоэффекте более полное представление, нам нужно выяснить, от чего зависит число вырванных светом с поверхности вещества электронов (фотоэлектронов) и чем определяется их скорость или кинетическая энергия. Проверим это экспериментально.

Работа с диском «Открытая физика»

В стеклянный баллон, из которого выкачан воздух, помещаются два электрода. Внутрь баллона на один из электродов поступает свет через кварцевое окошко, прозрачное не только для видимого света, но и для ультрафиолетового излучения. На электроды подаётся напряжение, которое можно менять с помощью потенциометра и измерять вольтметром. К освещаемому электроду присоединяется отрицательный полюс батареи. Под действием света этот электрод испускает электроны, которые при движении в электрическом поле образуют электрический ток. При малых напряжениях не все вырванные светом электроны достигают другого электрода.

Не меняя интенсивности излучения, увеличиваем разность потенциалов между электродами. Делаем вывод: сила тока возрастает. При некотором напряжении она достигает максимального значения, после чего перестаёт увеличиваться.

Максимальное значение силы тока Iн называется током насыщения.

(Слайд 12) Ток насыщения – это максимальное значение силы тока. (записать в тетрадь)

Сила тока насыщения определяется числом электронов, испускаемых за 1с освещаемым электродом.

Работа с диском «Открытая физика»

Меняем интенсивность излучения. Что происходит с фототоком насыщения? Делаем вывод о том, что фототок насыщения пропорционален падающему световому потоку.

В этом и заключается первый закон фотоэффекта.

(Слайд13 ) Фототок насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку. (записать в тетрадь)

Работа с диском «Открытая физика»

Посмотрите внимательно на вольтамперную характеристику фотоэффекта.

- Чему равна сила тока при нулевом значении силы тока?

(она неравна нулю)

- Что это означает?

Это значит, что часть вырванных светом электронов достигает левого электрода и при отсутствии напряжения.

Изменим полярность батареи и будем уменьшать напряжение.

- Что происходит с силой тока?

(она уменьшается и становится равной нулю при некотором напряжении обратной полярности.)

Это напряжение называется задерживающим и обозначается Uз.

Это означает, что электрическое поле тормозит вырванные электроны до полной остановки, а затем возвращает их на электрод.

(Слайд14 ) Задерживающее напряжение Uз зависит от максимальной кинетической энергии, которую имеют вырванные светом электроны

Измеряя задерживающее напряжение и применяя теорему о кинетической энергии, можно найти максимальное значение кинетической энергии электронов:

Работа с диском «Открытая физика»

Меняем интенсивность света. Делаем вывод, что задерживающее напряжение не меняется, а значит, не меняется и кинетическая энергия электронов.

Меняем частоту света (длину волны). Делаем вывод, что задерживающее напряжение меняется, а значит, меняется и кинетическая энергия электронов.

В этом и заключается второй закон фотоэффекта.

(Слайд 15) Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте света и не зависит от его интенсивности.(записать в тетрадь)

Работа с диском «Открытая физика»

Меняем длину волны. Делаем вывод, что при некоторой длине волны (частоте) фотоэффект прекращается. Это и есть третий закон фотоэффекта.

(Слайд 16) Каждому веществу соответствует минимальная частота излучения (красная граница), ниже которой фотоэффект невозможен(записать в тетрадь)

(Слайд 17) Объяснение фотоэффекта было дано в 1905 году А. Эйнштейном. В своих экспериментах он увидел, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями. Энергия каждой порции E = hn

(Слайд 18) Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

(Слайд19 )

• Излученная порция световой энергии может поглотиться только целиком.

• Из закона сохранения энергии следует что вся энергия порции идет на совершение работы выхода А и на сообщение электрону кинетической энергии.

• Работа выхода – это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он вырвался.

• Работа выхода зависит от металла.

• Интенсивность света пропорциональна числу квантов, и определяет число электронов вырванных из металла.

(Слайд 20)

(Слайд )

(Слайд21 ) Для каждого вещества фотоэффект будет наблюдаться только в том случае если частота ν света больше некоторого минимального значения min (0) , которая соответствует предельной длине волны λ кр ,называется красная граница фотоэффекта.

λ кр =h c / A

3.Закрепление изученного материала

(Слайд 22) (приложение)

1. Работа по закреплению полученных знаний.

Установите соответствие, обменяйтесь тетрадями с соседом по парте, проверьте и выставьте оценку,

используя предложенные критерии оценки.

Критерии оценки: Ответы::

«5»-5 верных ответов 1-8, 2- 6, 3-7, 4-10, 5-9.

«4»-4 верных ответов

«3»-3 верных ответа

2. Решение задач

(Слайд 23)

Найдите энергию фотона с длиной волны 400 нм.

(Слайд 24)

Используя данные таблицы, найдите красную границу фотоэффекта для цинка.

(Слайд 25)

Найдите максимальную скорость электронов, освобождаемых при фотоэффекте светом с длинной волны 4 * 10 (-7) м с поверхности материала с работой выхода 1,9 эВ

4. Подведение итогов урока и постановка домашнего задания.

(Слайд 26-27)

Д. з:§ 87,88. Упр. 12 № 3

Оцените сегодняшний урок

Было интересно Безразлично Не интересно

5