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
реализовать
заключительную часть схемы научного познания
путем выполнения практической работы.
Сформировать у учащихся представления о
фотоэффекте и изучить законы фотоэффекта.
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:
- Касьянов В.А. Физика. 11 кл. - 4-е изд., М.: Дрофа 2004г.
- Марголис А.А. Практикум по школьному физическому эксперименту. - 2-е изд., М. "Просвещение", 1968г.
- А.А Пинский Методика преподавания физики в средней школе, М. "Просвещение", 1989г.
- Разумовский В.Г. Основы методики преподавания физики в средней школе., М. "Просвещение", 1984г.
- Балаш В.А. Задачи по физике и методы их решения. - 4-е изд., М. "Просвещение", 1983г.