План урока:
- Организационный момент - 1мин
- Подготовка к восприятию нового материала - 10 мин
- Объяснение нового материала - 18 мин
- Закрепление нового материала (решение задач по группам I – V вариант. Приложение 1) – 15 мин
- Объяснение нового материала (сообщения учащихся) – 20 мин
- Закрепление нового материала (решение тестовых заданий по теме “Световые кванты”. Приложение 2) – 10 мин
- Домашнее задание – 1 мин
- Рефлексия – 5 мин
Цели урока:
- Образовательные: показать, что законы
фотоэффекта являются следствием
уравнения Эйнштейна. Научить пользоваться уравнением при решении задач.
Доказать учащимся, что световой частицей является фотон, который обладает
массой, импульсом и энергией. Изучить устройство и принцип действия
фотоэлементов. - Развивающие: убедить учащихся в
неуничтожимости материи и движения;
показать диалектический характер физического познания; показать роль
приборов в познании. - Воспитывающая: продолжить воспитание
мотивации учения, раскрывая
профессиональную значимость изучаемого материала.
Тип урока: урок освоения новых знаний.
Вид урока:смешанный: урок- беседа + урок с использованием учебного кинофильма + урок теоретических самостоятельных работ.
Оборудование:
осветитель с ртутно-кварцевой лампой или электрическая дуга; дроссель к лампе, реостат на 10 Ом и 5 А, электрометр; цинковая и медная пластинки; штатив универсальный; кусок стекла, палочки из эбонита и стекла для электризации, мех, кожа, секундомер. Плакаты, телевизор, видеомагнитофон, кинофильм “Фотоэффект и его применение”.
Межпредметные связи: спецтехнология, электротехника.
“Искусство экспериментатора
состоит в том, чтобы уметь задавать природе
вопросы и понимать её ответы”
М. Фарадей
Ход урока.
I. Организационный момент.
II. Подготовка к восприятию нового материала
1) Опыт Герца по фотоэффекту.
Явление фотоэффекта было открыто Герцем. Для обнаружения явления фотоэффекта проведём следующий эксперимент:
Опыт 1.
- Цинковую пластинку установить вертикально на стержне электрометра.
- На расстоянии 0,5 м. от электрометра укрепить в штативе ртутно-кварцевую лампу и включить её через дроссель и реостат в осветительную сеть. Отверстие в корпусе лампы закрыть куском картона.
- Пластинку зарядить отрицательно от эбонитовой палочки.
- Как только стрелка электрометра установится, ширму убрать и вести наблюдение за постепенной потерей цинковой пластинкой отрицательного заряда.
Опыт 2.
- Цинковую пластинку зарядить положительно от стеклянной палочки.
- Осветить пластинку лампой. Пластинка не теряет заряда.
Опыт 3.
- Выполнить эксперимент с отрицательно заряженной цинковой пластинкой, сначала установленной на расстоянии одного метра и 0,5 метра от лампы.
- Во втором случае разряжающее действие лучей света увеличивается.
- Если поставить на пути обычное стекло, опыт не повторяется.
Выводы.
- Тело теряет заряд только в том случае,
если оно заряжено отрицательно.
Причиной ухода зарядов с цинковой пластинки является свет, причём под действием света выбиваются только отрицательные заряды- электроны. - Тело не теряет заряда под влияние света, если оно заряжено положительно.
- Интенсивность фотоэффекта зависит от рода металла.
- Разряжающие действие лучей пропорционально их энергии, явление вызывается УФ лучами.
2) Дать определение фотоэффекта.
Фотоэффектом называют вырывание электронов с поверхности металла
3) От чего зависит сила фототока?
Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны.
4) От чего зависит кинетическая энергия
фотоэлектронов?
Максимальная кинетическая энергия
фотоэлектронов линейно возрастает с
частотой света и не зависит от его
интенсивности.
Сообщение учащегося: “Макс Планк”.
5) В чём сущность гипотезы Планка?
Теория Планка выдвинута в 1900 году на
собрании Немецкого физического
общества. М. Планк предположил, что атомы
испускают электромагнитную
энергию отдельными порциями- квантами. Свет
имеет прерывистую структуру
и поглощается отдельными порциями.
III. Объяснение нового материала.
Объяснение фотоэффекта было дано в 1905 году А. Эйнштейном на основании гипотезы Планка.
Сообщение учащегося: “А. Эйнштейн”.
В экспериментальных законах фотоэффекта Эйнштейн увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями. Поглотиться может только вся порция целиком.
Кинетическую энергию фотоэлектрона можно найти, применив закон сохранения энергии:
Интенсивность света по Эйнштейну пропорциональна числу порций энергии в световом пучке и поэтому определяет число электронов вырванных из металла.
Скорость электронов определяется только частотой света и работой выхода, при этом не зависят его интенсивности
А - зависит от рода металла и состоянии его поверхности.
Для каждого вещества фотоэффект
наблюдается лишь в случае, если частота 
света
больше 
Ведь для того, чтобы вырвать электрон из металла даже без сообщения ему
кинетической энергии, нужно совершить работу выхода:
Придельную частоту .называют
красной границей фотоэффекта.
зависит от рода вещества
Работа с таблицей из задачника Рымкевич.
Просмотр кинофрагмента: “Квантовые свойства света”.
Фотоны.
Световая частица получила название кванта или фотона.
Свойства фотона:
- Фотон способен легко зарождаться и исчезать в отличии от электрона и протона.
- Фотон не имеет массы покоя. Неподвижных фотонов не существует.
- Фотоны всегда в любом веществе движутся
со скоростью света.
IV. Закрепление нового материала.
Решение задач по группам 1-5 вариант. Приложение 1.
Учащиеся выполняют задания в группах по 5 человек. При решении используют формулы, записанные в тетради и на доске. Можно попросить помощи учителя, подняв руку. Те, кто быстрее выполнит задание, могут помочь товарищам. Сильные ученики из групп, справившиеся с заданием, быстрее всех, идут к доске и оформляют решение задачи на доске (по одной задаче из каждого варианта). После того, как все справились с задачами, ученики у доски поясняют их решение. Ученики всех групп сдают задачи на проверку учителю.
Фотоэлементы. Применение фотоэффекта.
V. Сообщения учащихся
Сообщение учащегося: “Вакуумные фотоэлементы”.
Рисунок 1. 1 - анод; 2 - микроамперметр; 3 - фотокатод; 4 - фотоэлемент.
Рисунок 2.
Фотоэлектрический эффект нашел широкое применение в технике. На основе внешнего фотоэффекта работают вакуумные и газонаполненные фотоэлементы. Вакуумный фотоэлемент представляет собой стеклянный сосуд, в котором создан глубокий вакууме Половину баллона покрывают тонким слоем серебра (это подложка), на который насыпают светочувствительный слой из металла, оксида бария или соединения сурьмы с цезием и т.п. Этот электрод служит катодом. В центре фотоэлемента помещают анод в виде кольца или цилиндра. При включении в цепь фотоэлемента, ток в ней не возникает из-за отсутствия свободных электронов между катодом и анодом. Однако если катод осветить, то из него вылетают фотоэлектроны, и в цепи течёт ток. А так как сила фототока пропорциональна интенсивности света, то колебания освещенности катода вызывают колебания силы тока в цепи.
Сила фототока в вакуумных фотоэлементах мала. Для усиления тока используют иногда ударную ионизацию газа. С этой целью баллон заполняют инертным газом (чаще всего аргоном) под давлением около 1-10 Па. За счёт ударной ионизации сила тока возрастает в десятки раз. Вакуумные фотоэлементы применяются в схемах световой сигнализации, а также в звуковом кино для воспроизведения звука, записанного на кинопленке.
Сообщение учащегося: “Полупроводниковые фотоэлементы”.
Рисунок 3.
Освещение полупроводников может привести к появлению в них носителей тока. Если энергия поглощаемого фотона больше энергии, необходимой для освобождения электронов проводимости или дырок, то они участвуют в создании тока. Проводимость, обусловленную появлением дополнительных свободных зарядов, называют фотопроводимостью.
Не все заряды, освобожденные светом, участвуют в проводимости. Часть из них возвращается вновь на вакантные места, оставленные другими зарядами. Тем не менее, в результате облучения полупроводника светом с достаточно большой частотой концентрация свободных носителей тока возрастает и электропроводимость полупроводника увеличивается. Это явление называют внутренним фотоэффектом.
Существуют светочувствительные полупроводники, повышение электропроводимости которых вызывается излучением очень малых частот, приходящихся на далёкую инфракрасную область спектра. Такое тепловое излучение испускается нагретыми телами. Тем самым присутствие даже слабо нагретых тел может быть обнаружено на больших расстояниях по тому действию, которое оказывает их излучение: в электрической цепи со светочувствительным полупроводником возрастает электропроводимость. С помощью усилителей такой ток может быть доведен до значений, позволяющих обнаружить нагретое и излучающее тело.
На явлении фотопроводимости, или внутреннего фотоэффекта основано устройство и действие приборов, называемых фоторезисторами, и фотоэлементов с внутреннем фотоэффектом. Простейший фоторезистор представляет собой стеклянную пластинку, на которую нанесён тонкий слой полупроводника; на поверхности последнего укреплены токопроводящие электроды. Всё это покрыто прозрачным лаком. Недостатком фоторезисторов является зависимость их свойств от температуры. Для создания фоторезисторов, работающих в области видимого света, применяют сульфит кадмия, сульфит таллия, в инфракрасной области- селенид и теллурид свинца.
Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом обладают инерционностью. Фототок не сразу достигает максимума при начале освещения и не сразу спадает до тернового тока при прекращении освещения. Полупроводниковые фотоэлементы обладают рядом преимуществ (механическая прочность, высокая чувствительность к различным областям спектра).
Сообщение учащегося: “Вентильные фотоэлементы”.
Рисунок 4. 1- металл, 2 – окись металла, 3 – золотое напыление
Практически важным примером использования фотопроводимости являются вентильные фотоэлементы с запирающим слоем. Вентильный фотоэлемент представляет собой две соприкасающиеся друг с другом пластинки изготовленные из металла и его оксида (полупроводник). На полупроводниковую пластинку нанесён тонкий прозрачный слой металла. Пограничный слой между металлом и его оксидной плёнкой обладает выпрямляющим свойством (p-n переход), он позволяет электронам проходить лишь в направлении от оксида к металлу, например от оксида меди к меди. Под действие света возникает поток электронов, идущий только от полупроводника к металлу. Никакого внешнего источника напряжения для управления потоком электронов при этом не требуется. Вентильный фотоэлемент является устройством, которое превращает энергию световой волны в энергию электрического тока. Такие источники тока используют в солнечных батареях, устанавливаемых на всех космических кораблях. Они также являются частью люксметров- приборов для измерения освещённости.
Просмотр кинофрагмента: “Фото ЭДС. Солнечная батарея”.
VI. Закрепление нового материала: выполнение тестовых заданий по теме: “Световые кванты” вариант 1-4. Приложение 2.
VII. Домашнее задание § 67, 68, 69 упр. №8, задача № 5,7.
VIII. Рефлексия
Учащиеся должны продолжить фразу:
- Сегодня на уроке я узнал…
- Сегодня на уроке я познакомился…
- Сегодня на уроке я повторил…
- Сегодня на уроке я выполнил…