Тема: «Фотоэффект». Открытая физика, часть 2.
Цели и задачи компьютерного моделирования:
- Определение красной границы фотоэффекта материала, использованного в модели.
- Расчет задерживающего напряжения для фиксированной длины волны.
- Определение характера зависимости максимальной скорости фотоэлектронов от длины волны.
- Определение принципиальной возможности использования различных материалов для создания фотоэффекта.
Метод выполнения работы.
Закономерности внешнего фотоэффекта наглядно иллюстрируются в компьютерной модели. Задаются значения работы выхода для используемого материала, мощности и длины световых волн, облучающих фотокатод, и анализируется зависимость фототока от мощности и напряжения между катодом и анодом.
Моделирование.
Определите «красную границу» фотоэффекта для
материала, использованного в данной
компьютерной модели. Рассчитайте работу
выхода А. Установите соответствие между
работой в джоулях и электрон – вольтах.
Выразите работы выхода в электрон – вольта
(эВ).
По таблице №1 определите, из какого материала
сделан катод фотоэлемента, используемого в
модели.
Таблица 1.
| Металл | А, эВ |
Металл |
А, эВ |
Металл |
А, эВ |
Алюминий |
3.74 |
Калий |
2,15 |
Никель |
4,84 |
Барий |
2,29 |
Кобальт |
4,25 |
Платина |
5,29 |
Висмут |
4,62 |
Литий |
2,39 |
Серебро |
4,28 |
Вольфрам |
4,50 |
Медь |
4,47 |
Титан |
3,92 |
Железо |
4,36 |
Молибден |
4,27 |
Цезий |
1,89 |
Золото |
4,58 |
Натрий |
2,27 |
Цинк |
3,74 |
Этот пункт можно изменить, например, изъять таблицу работы выхода фото электронов и предложить учащимся найти ее в режиме свободного поиска (литература, справочники, Интернет).
Определите величину задерживающего напряжения
для длины волны 
=
510 нм. Рассчитайте максимальную скорость
фотоэлектронов для этой длины волны.
Рассчитайте максимальную скорость
фотоэлектронов для различных длин волн и
заполните таблицу №2.
Таблица 2.
| , нм |
380 | 400 | 450 | 500 | 510 | 550 | 600 | 620 |
 ,м/с |
Постройте зависимость().определите
по таблице работ выхода, какие еще материалы
можно использовать в качестве фотокатода в
данной модели. Заполните таблицу №3.
Таблица 3.
| Материал | |||||
| А, эВ |
Объясните, почему для материала катода выбран только один элемент (определенный вами в начале работы) и не использованы остальные элементы с приемлемыми работами выхода.
Объяснение несколько выходит за рамки темы «Фотоэффект», но по моему опыту такие «стыковки» различных физических явлений и свойств и являются наиболее интересными моментами.
Обработка данных, полученных в разных группах.
Произвести выводы аналитических выражений и численные расчеты всех величин, упомянутых в тексте. Построить необходимые графические зависимости.
Сопоставление результатов. Формулировка общих выводов по проведенному моделированию.
Началом обсуждения являются контрольные вопросы на понимание смысла выполненных модельных исследований:
Контрольные вопросы:
- Что такое работа в 1эВ?
- Как изменяется кинетическая энергия электронов при приближении к «красной границе» фотоэффекта?
- Чему равна кинетическая энергия электронов непосредственно на «красной границе» фотоэффекта?
- Из какого материала (по условиям модели) должно быть изготовлено окно для пропускания излучения от источника света?
По результатам обсуждения вопросов и проведенных учебных исследований учащиеся самостоятельно формулируют общие выводы и готовят сообщение о проделанной работе в форме научного доклада.