Урок "Изучение законов фотоэффекта"

Разделы: Физика


Урок разработан по технологии проблемного обучения (Дьюк Дж, Махмутов М.И, Якиманская Н.С) с использованием исследовательского метода, с компьютерно - информационной поддержкой.

Роль физического практикума в курсе физики чрезвычайно важна. Леонардо да Винчи утверждал, что знание, не рожденные опытом, матерью всякой достоверности, бесплодны и полны ошибок.

Но в школьных условиях сложно поставить точный эксперимент. С помощью же компьютера можно автоматически получить зависимость параметров любых реальных физических явлений - графики; ими легко манипулировать сразу же наблюдая изменения в системе. Изучение физических процессов в компьютерной среде - это не только процесс, получения новой информации освоения современных способов учебной деятельности. Это - интеллектуальное развитие учеников, овладение ими другим типом мышления, возможностью выражать мысли новыми средствами, создавать новое.

Обучение на данном уроке организуется на деятельностной основе, поэтому урок строится в виде этапов научного познания мира (наблюдения - выдвижение гипотез - разработка теории-следствия и применение на практике), что формирует теоретическое мышление и позволяет применять полученные знания для объяснения некоторых явлений природы и опытных фактов.

Урок-исследование с компьютерной поддержкой, урок объяснения нового материала. Физмат профиль, 2 часа, 11 класс.

О, сколько нам открытий чудных
Готовят просвещенья дух
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг,
И случай, бог изобретатель.
(А.С.Пушкин)

Задачи урока: использовать компьютерные технологии для исследования явления фотоэффекта. Провести проверку законов фотоэффекта с использованием мультимедийного диска: "Библиотека электронных наглядных пособий", Министерство образования РФ, ГУ РЦ ЭМТО, "Кирилл и Мефодий", 2003 год .

Цели урока

  • Образовательная: реализовать заключительную часть схемы научного познания путем выполнения практической работы. Сформировать у учащихся представления о фотоэффекте и изучить законы фотоэффекта.
  • Воспитательная: воспитание мировоззренческих понятий "причинно-следственные связи в окружающем мире", "познаваемость окружающего мира и человека
  • Развивающая: способствовать овладению методами научного исследования, развитие навыков и умений классифицировать и обобщать, составлять схемы, формулировать выводы по изученному материалу; развитие навыков практической работы.

Оборудование: персональные компьютеры, мультимедийный проектор, мультимедийный диск "Библиотека электронных наглядных пособий", Министерство образования РФ, ГУ РЦ ЭМТО, "Кирилл и Мефодий", 2003 год.

Оформление доски и класса: на доске - дата; тема урока; фотографии: А.Эйнштейна, А.Столетова., Г.Герца;

Три даты:

1887г. - Г. Герц, открыл явление фотоэффекта.

1890г. - А. Столетов, установил количественные закономерности.

1905г. - А. Эйнштейн, объяснил законы фотоэффекта.

Схема научного познания (факты, модель, следствия, эксперимент).

Ход урока

I. Организационный этап (1-2 мин).

Мотивация

Учитель. Дорогие ребята! Я рада видеть вас, и хочу начать урок со слов И. Гёте "Блажен, кто явственно узрел, хотя бы скорлупу природы". Какой глубокий смысл в этих словах! Действительно, у природы много тайн и загадок, раскрывает она их неохотно, поэтому каждая очередная разгадка - важный шаг человечества на пути к познанию мира. Вот и вам я предлагаю сегодня приоткрыть занавес над тайной.

Проблемный опыт, постановка учебной задачи.

В 1886г. Немецкий физик Г. Герц открыл явления электризации металлических поверхностей при освещении.

Главная цель опыта - наблюдать явление фотоэффекта.

В 1888г. Русский физик А. Столетов установил количественные закономерности фотоэффекта (законы).

Нам с вами предстоит провести исследования с компьютерным моделированием физического явления (фотоэффекта), на основе предложенной А. Столетовым установки и самостоятельно открыть закономерности данного явления.

Инструктаж

1. Откройте в разделе "Квантовая физика " окно модели " Фотоэффект".

2. Установите значение длинны волны падающего света (550 нм.) и мощность падающего света Р=0.5 мВт .

3. Нажмите кнопку "Старт", пронаблюдайте за происходящим на экране явление.

4. Обратите внимание, что на экране отображена установка, график зависимости I от (U), текущие значения напряжения (U), мощности (P), силы тока (I).

5. Прервите процесс кнопкой "Сброс".

6. Для продолжения эксперимента снова нажмите кнопку "Старт".

Возьмите инструкции по выполнению практической работы и приступайте к выполнению.

II. Изучение нового материала. (40мин)

Эксперимент 1.

Исследовательская задача: пронаблюдать за происходящим на экране явлением.

А) Зарисуйте схему опытной установки А. Столетова.

Б) Дайте понятия (формулировку) явления фотоэффекта.

Эксперимент 2.

Исследовательская задача: Установить, как зависит сила тока (фототок) и напряжение (задерживающее напряжение) от величины светового потока (мощности падающего света)

А) Зарисуйте в тетради графики зависимости тока (I) и напряжения (U) для различной мощности (P) т.е. падающего светового потока.

Б) Сравните значения величины силы тока (I) и напряжения(U) в зависимости от мощности падающего света.

В) Сделайте вывод и запишите его в тетрадь.

Эксперимент 3.

Исследовательская задача: Установить, как зависит сила тока и напряжение от длины волны падающего света.

А) Зарисуйте в тетради графики зависимости силы тока (I) и напряжения(U) для различной длины волны (л) падающего света.

Б) Сравнить значение величин силы тока (I) и напряжения(U) в зависимости от длины волны (л) падающего света.

В) Сделайте вывод и запишите его в тетрадь.

Эксперимент 4.

Исследовательская задача: Установите отрицательное значение напряжение.

А) Пронаблюдайте, что происходит, если увеличить разность потенциалов между электродами (не меняя интенсивность и длину волны падающего света).

Б) Объясните, почему это происходит.

В) Сделайте вывод, от чего зависит кинетическая энергия вырываемых светом электронов, и запишите его в тетрадь.

Эксперимент 5.

Исследовательская задача: Осветите фотоэлемент красным светом, измерьте напряжение, при котором происходит запирание тока в цепи

А) По известному значению длины волны (л) падающего света вычислите его энергию.

Б) По известному значению запирающего напряжения (Uз) вычислите кинетическую энергию вырываемых светом электронов.

В) Выразите полученные результаты в электрон - вольтах.

В1) Постойте график зависимости напряжения (Uз) от длины волны (л)

Эксперимент 6.

Творческая задача: В рамках данной темы придумайте, сформулируйте и решите задачу. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте свой ответ. Сделайте вывод на основе проделанной работы.

III. Закрепление материала.

Учитель. В стихотворении А.С.Пушкина читаем : ":гений, парадоксов друг". Знаете ли вы, что такое парадокс? Парадокс - это неожиданное явление, не отвечающее обычным представлениям. В чем состоит парадокс фотоэффекта?

Учащийся. Парадокс фотоэффекта состоит в том, что при увеличении мощности потока падающего света заданной длины волны скорость фотоэлектронов не увеличивается, а свет, имеющий длину волны меньше порогового значения, вообще не может выбить из металла электрон независимо от мощности светового потока.

Дополнительный вопрос:

Фотоэффектом называется:

1) увеличение сопротивления проводника с ростом температуры;

2) движение легкой вертушки при освещении одного из ее лепестков;

3) появление разности потенциалов между освещенной и темной сторонами металлической пластины;

4) электризация металлов под действием света.

Задача.

Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода соответствует частоте света ?0=6,6·1014 Гц. При облучении катода светом с частотой ? фототок прекращается при напряжении между анодом и катодом U=1,4 В. Определите частоту ?.

Дополнительный вопрос:

От чего зависит максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, выбиваемых из металла при фотоэффекте?

А. от частоты падающего света.

Б. от интенсивности падающего света.

В. от работы выхода электронов из металла.

Ответ: А и В.

Задача.

При увеличении в 2 раза частоты света, падающего на поверхность металла, задерживающее напряжение для фотоэлектронов увеличилось в 3 раза. Первоначальная частота падающего света была равна света 0,75·1015 Гц. Какова длина волны, соответствующая "красной границе" фотоэффекта для этого металла?

Дополнительный вопрос:

Импульс фотона, если соответствующая длина волны монохроматического света равна 660нм, равен:.

Задача.

Фотокатод освещает светом с частотой 1,0·1015 Гц. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле с индукцией 2·104 Тл перпендикулярно линиям индукции этого поля и движутся по окружностям. Максимальный радиус такой окружности равен 2 см. Чему равна работа выхода А электронов из вещества фотокатода?

Дополнительный вопрос:

Как изменится минимальная частота, при которой возникает фотоэффект, если пластинке сообщить отрицательный заряд?

1) не изменится 2) увеличится 3) уменьшится 4) увеличится или уменьшится в зависимости от рода вещества.

Литература:

  1. Касьянов В.А. Физика. 11 кл. - 4-е изд., М.: Дрофа 2004г.
  2. Марголис А.А. Практикум по школьному физическому эксперименту. - 2-е изд., М. "Просвещение", 1968г.
  3. А.А Пинский Методика преподавания физики в средней школе, М. "Просвещение", 1989г.
  4. Разумовский В.Г. Основы методики преподавания физики в средней школе., М. "Просвещение", 1984г.
  5. Балаш В.А. Задачи по физике и методы их решения. - 4-е изд., М. "Просвещение", 1983г.