Фотоэффект. Законы фотоэффекта

Разделы: Физика


Цель урока: восприятие учащимися и первичное осознание нового материала по теме «Фотоэффект».

Задачи урока: 

Образовательная Развивающая Воспитательная
Раскрыть и сформировать взаимосвязь квантовой теории Планка с явлениями фотоэффекта; объяснить явление фотоэффекта; сформулировать законы фотоэффекта на основе наблюдений и объяснить их с точки зрения квантовой теории; записать уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Развивать познавательную активность школьников с помощью проблемных вопросов, исторического материала; расширить представления учащихся об области применения закона сохранения энергии; развитие умения доказывать и высказывать суждения; развитие наблюдательности и познавательных интересов. Продолжить формирование познавательного интереса к предмету; формирование нравственных отношений в процессе совместной деятельности учитель – ученик, ученик – учитель; формирование сознательной дисциплины, научного мировоззрения, патриотизма на примере жизни и деятельности А.Г.Столетова.

План урока:

Содержание Методы и приёмы

Организационный момент.

Актуализация знаний.

Изучение нового материала. Фотоэффект и его законы.

 

 

Подведение итогов.

Задание на дом.

 

Фронтальный опрос.

Беседа. Демонстрация слайдов с помощью мультимедиа проектора.

Зарисовки и записи на доске и в тетрадях.

Описание опытов по материалам учебника.

Фронтальный опрос.

Запись в дневниках.

Ход урока

1. Организация начала урока.

  • Постановка цели урока: усвоить понятие фотоэффекта, законов фотоэффекта до уровня применения в новой ситуации.

2. Проверка домашнего задания.

3. Подготовка учащихся к освоению новых знаний.

  • Назовите основные открытия физики к концу 19 века?

(В молекулярной физике, электродинамике, ядерной физике: 200 лет закону Максвелла, разработана МКТ, завершена теория Максвелла, открыты законы сохранения энергии, импульса, заряда).

  • Считалось, что развитие физики завершено. Правы ли были ученые? (нет)
  • Какие две теории света существуют? (Корпускулярная и волновая).

До конца 19 века волновая теория считалась основной, но она не объясняла сути некоторых явления природы, например, излучение веществом коротких электромагнитных волн.

  • Ученый Планк открыл, что испускание атомами кинетической энергии происходит не непрерывно, а порциями (квантами)

Е = hv, где h=0,03*10-34Дж*с

  • Какой русский ученый является основоположником корпускулярной теории света? (Ломоносов)
  •  

4. Изучение нового материала.

Фотоэффект

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. Леонардом в 1900 г. К этому времени уже был открыт электрон (1897 г., Дж. Томсон), и стало ясно, что фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света. Одним из подтверждений правильности квантовой теории было объяснение Альбертом Эйнштейном явления фотоэффекта.

В развитии представлений о природе света важный шаг был сделан при изучении одного замечательного явления.

Опыты Г. Герца (рассказывает ученик).

Для того чтобы получить о фотоэффекте более полное представление, нужно выяснить, от чего зависит число вырванных светом электронов и чем определяется их скорость и кинетическая энергия.

Опыты А. Г. Столетова. Изучение устройства и работы установки Столетова.

(рассматриваются с помощью материала учебника)

Законы фотоэффекта, экспериментально установленные А.Г. Столетовым.

(записываем законы в тетрадь).

Теория фотоэффекта:

Одним из подтверждений правильности квантовой теории было объяснение в 1905 году Альбертом Эйнштейном явления фотоэффекта, развившим идею М. Планка о прерывистом испускании света.

Экспериментальное определение постоянной Планка.

В экспериментальных закономерностях фотоэффекта Эйнштейн увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями.

Рассмотрим схему установки для исследования фотоэффекта (работа по плакату).

Исходя из закона сохранения и превращения энергии, Эйнштейн математически записал уравнение для энергетического баланса при внешнем фотоэффекте:



hν – энергия фотона, которая идет на работу выхода А электрона из металла и сообщение ему кинетической энергии.
А - работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для выхода электрона из вещества.

Для каждого вещества фотоэффект наблюдается лишь в том случае, если частота света v света больше минимального значения vmin. Ведь, что бы вырвать электрон из металла даже без сообщения ему кинетической энергии, нужно совершить работу выхода А.

 

За уравнение для фотоэффекта в 1921 году Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия.

Историческая справка.

Шестнадцать лет спустя, классическую простоту уравнения Эйнштейна Шведская академия наук отметила Нобелевской премией. Но в 1905 году, когда уравнение было написано впервые, на него ополчились все, даже Планк. Эйнштейн поступил так: как будто до него вообще не существовало физики, или, по крайне мере, как человек ничего не знающий об истинной природе света. Здесь сказалась замечательная особенность ума Эйнштейна: в совершенстве владея логикой, он больше доверял интуиции и фактам, причем случайных фактов в физике для него не существовало. Поэтому в явлении фотоэффекта он увидел не досадное исключение из правил оптики, а сигнал природы о существовании еще неизвестных, но глубоких законов. Так уж случилось, что исторически сначала были изучены волновые свойства света. Только в явлении фотоэффекта физики впервые столкнулись с его корпускулярными свойствами. У большинства из них инерция мышления была настолько велика, что они отказывались верить.

5. Рефлексия. Закрепление и обобщение знаний.

А) Физический диктант:

  • Явление испускания электронов веществом под действием света, называется…
  • Число электронов, вырываемых светом с поверхности вещества за 1с, прямо пропорционально…
  • Кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с … и не зависит от …
  • Для каждого вещества существует наименьшая частота света, при которой еще возможен фотоэффект. Эта частота называется…
  • Работа, которую нужно совершить для вырывания электронов с поверхности вещества, называется…
  • Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта (анализ формулы)…

Б) Используя выписанные вами формулы, решите задачи.

  • Как изменится скорость электронов при фотоэффекте, если увеличить частоту облучающего света, не изменяя общую мощность излучения? (увеличится).
  • Для опытов по фотоэффекту взяли пластину из металла с работой выхода 3,4·10 Дж и стали освещать ее светом частоты 6·10 Гц. Затем частоту уменьшили в 2 раза, одновременно увеличив в 1,5 раза число фотонов, падающих на пластину за 1 с. В результате этого число фотоэлектронов, покидающих пластину за 1 с. (стало равным нулю)
  • На рисунке приведены графики зависимости максимальной энергии фотоэлектронов от энергии падающих на фотокатод фотонов. В каком случае материал катода фотоэлемента имеет меньшую работу выхода? (первом)

6. Обобщение урока.

В начале ХХ века зародилась квантовая теория – теория движения и взаимодействия элементарных частиц и состоящих из них систем.

Для объяснения теплового излучения М. Планк предположил, что атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями – квантами.

Поглощается электромагнитная энергия тоже отдельными порциями. Это подтверждает явление фотоэффекта открытого Г. Герцем и экспериментально исследованного А. Столетовым.

Объяснение фотоэффекта было дано А. Эйнштейном.

При излучении и поглощении свет проявляет корпускулярные свойства.

Открытие фотоэффекта имело очень большое значение для более глубокого понимания природы света. Но ценность науки состоит не только в том, что она выясняет сложное и многообразное строения окружающего нас мира, но и в том, что она даёт нам в руки средства, используя которые можно совершенствовать производство, улучшать условия материальной и культурной жизни общества.

Связь фотоэффекта с Вселенной: во Вселенной существует реликтовое излучение – холодный фотонный газ. Излучение есть, а мишень? Это наша планета, всё живое на ней…

Вследствие обращения Земли вокруг Солнца микроволновой фон испытывает допплеровский сдвиг частоты, который максимален в ноябре и минимален в мае. Поэтому астрологические прогнозы, привязанные к дате рождения, возможно, просто сдвинуты на девять месяцев. А тип, характер, судьба человека как-то зависят от степени влияния фонового излучения в момент зачатия.

Домашнее задание:

Параграф 5.1-5.3б Упр.7(1,2), Написать синквейн со словом «фотоэффект».

Самоанализ.

17.05.2014