Теория фотоэффекта

Теория фотоэффекта.

Открытый урок-расследование в 11 классе. Базовый курс.

О, сколько нам открытий чудных

Готовят просвещенья дух

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог-изобретатель.

Цели урока: продолжить формирование понятия фотоэффекта, обеспечить закрепление изученного материала; продолжить работу по овладению мето­дами научного исследования (проверка законов фо­тоэффекта с использованием мультимедийного дис­ка); продолжить разви­тие функции общения на уроке как условия обеспечения взаимопони­мания, побуждения к действию, ощущения эмоционального удов­летворения.

Оформление: презентация к уроку, набор по фотоэффекту, демонстрационный ком­пьютерный планшет «Пейзаж настроения»; в компь­ютерном классе - мультимедийный диск «Открытая физика», тест по уроку в формате «ХL» и в печатной форме.

Ход урока

1. Организационный этап: (5 мин)

Учитель. Добрый день ребята, сегодня вы присутствуете на необычном уроке физики. Мы знаем, что физика - наука о при­роде. Тютчева:

Не то, что мните вы, природа:

Не слепок, не бездушный лик, -

В ней есть душа, в ней есть свобода.

В ней есть любовь, в ней есть язык.

Да, у природы есть свой язык, и мы должны его понимать. На каждом уроке физики, при изучении любого явления мы учимся этому языку, помня, что, если первое срубленное дерево явилось нача­лом цивилизации, то последнее будет означать её конец...

Путь познания природы таков: открытие ® ис­следование ® объяснение. При изучении нашей темы этим этапам можно сопоставить три даты: 1887— гг. О каком событии идёт речь? С именами, каких учёных можно связать каждый этап? Какое значение имели их работы для квантовой физики?

Учитель. Александр Григорь­евич Столетов установил основ­ные законы фотоэффекта. И толь­ко преждевременная смерть не по­зволила ему довести исследования до конца и установить, что явля­ется носителями фототока. Мы гордимся выдающимися научны­ми трудами русского учёного.

Сегодня мы проведём не совсем обычный урок - «Следствие ведут знатоки», - на котором в игровой форме уточним зна­ния по основным вопросам изученной темы «Теория фотоэффекта» и закрепим их.

Эпиграфом к уроку нам послужат слова (читает эпиграф). Напо­минаю правила поведения на уроке (читает правила).

Слайд 1

Учащиеся. 1887 г. - Генрих Герц открыл явле­ние фотоэффекта. 1890 г. - Александр Григорьевич Столетов установил количественные закономернос­ти фотоэффекта. 1905 г. - Альберт Эйнштейн обо­сновал квантовую природу фотоэффекта и все его закономерности.

Слайд 2

Слайд 3-4

2. Решение задач (10 мин)

Учитель. Чтобы попасть в команду знатоков, не­обходимо решить в общем виде задачи Каждый решает сам, пер­вые решившие верно получают звание «Знаток реше­ния задач». (Оценки за задачи: № 000, 1224 - «3», плюс № 000 - «4», плюс № 000 - «5».

Задача № 19.14. Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта, для неко­торого металла 275 нм. Найти максимальную ско­рость электронов, вырываемых из металла светом длиной волны 180 нм.

Задача № 19.15. Найти частоту света, вырыва­ющего из металла электроны, которые полностью задерживаются разностью потенциалов 3 В. Крас­ная граница фотоэффекта для данного металла 60 • 1013 Гц.

(Класс работает.) Проверяем ответы задач, решенных в тетрадях. (Класс работает.)

Итак, звание «Знаток решения задач» присваи­вается (называет пять фамилий) с вручением па­мятных медалей (вручает медали).

3. Фронтальный опрос (6 мин)

Учитель. В эпиграфе урока есть слова «просвещенья дух» - их можно воспринять как теорию, а слово «опыт» - как один из экспериментальных ме­тодов. Группа криминалистов проведёт эксперимент и о результатах доложит через несколько минут. (Груп­па выполняет опыты с набором по фотоэффекту.) А мы, знатоки, займёмся теорией. (Проводит фронтальный опрос.)

·  Что называют фотоэлектрическим эффектом?

·  В чём состоит экспериментальное исследова­ние, проведённое ?

·  Сформулируйте законы внешнего фотоэффекта.

·  На графике видно, что сила фототока отлична
от нуля и при нулевом напряжении. Почему?

·  Какое напряжение называется задерживающим?

·  На что расходуется энергия фотонов при фо­тоэффекте?

·  В чём сущность гипотезы Эйнштейна в теории
фотоэффекта?

·  Что такое фотон?

·  Что такое красная граница фотоэффекта?

·  Где применяется фотоэффект?

·  К каким выводам пришли учёные относительно
природы света после открытия фотоэффекта?

Молодцы! Звание «Знаток теории фотоэффек­та» присваивается (называет три фамилии) с вру­чением памятных медалей.

Слайд 5

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

Слайд 9

Слайд 10

4. Эксперимент (5 мин)

Учитель. Сейчас группа следователей проверит законы фотоэффекта и о результатах доложит через несколько минут. (Два ученика садятся за компью­тер.) А мы послушаем криминалистов. (Двое учени­ков рассказывают о проведённых опытах.) Молод­цы! С заданием справились, вам присваивается зва­ние «Знаток опыта» с вручением памятных медалей.

5. Коллективная проверка законов фотоэффекта (5 мин)

Учитель. Следователи готовы доложить о ре­зультатах следствия?

Учащиеся (рассказывают, демонстрируя на эк­ране отчёт).

Первый закон. Общее число фотоэлектронов, которые вырываются светом из катода за единицу времени, и сила фототока насыщения пропорцио­нальны освещённости катода.

Начальные данные: l = 530 нм, Р = 0,3 мВт, U= 1,5 В. Не меняя интенсивности излучения, уве­личиваем разность потенциалов между электрода­ми, замечаем, что сила тока нарастает. При напря­жении U = 4,5В она достигает максимального зна­чения I = 0,3 мА, после чего перестаёт увеличиваться. Ток достигает насыщения. Увеличиваем ин­тенсивность, и сила фототока насыщения при задан­ном напряжении увеличивается.

Второй закон. Максимальная скорость фотоэлек­тронов зависит от частоты света и свойств поверх­ности металла и не зависит от освещенности катода.

l = 530 нм, U= 0В, I= 5 мА - часть вырываемых светом электронов достигает левого элек­трода. Изменяем полярность батареи - сила тока уменьшается, и при U=0,3В становится равной нулю. Это означает, что электрическое поле тормо­зит вырванные электроны до полной остановки, а затем возвращает

Учитель. Следователям (называет две фами­лии) присваивается звание «Знаток законов фото­эффекта» с вручением памятных медалей.

их на катод.

Изменяем интенсивность света - задерживающее на­пряжение не меняется, следовательно, не меняется ки­нетическая энергия фотоэлектронов, следовательно, не меняется и скорость фотоэлектронов. Изменяем часто­ту света (уменьшаем длину волны, т. е. увеличиваем частоту падающего света) - задерживающее напряже­ние следует увеличить, следовательно, кинетическая энергия увеличивается, следовательно, максимальная ско­рость фотоэлектронов зависит от частоты (линейно воз­растает) и не зависит от освещённости катода.

Третий закон. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта - наименьшая частота (или наибольшая, «красная», длина волны), при ко­торой ещё возможен внешний фотоэффект. При v < v min,, l>lmах) фотоэффекта быть не может.

Длина волны падающего света l, = 600 нм. Уве­личиваем длину волны и замечаем, что при l =623 нм фототок есть, а при l = 625 нм он пре­кращается и при больших длинах волн уже не воз­никает. Эта длина волны (lтах = 624 нм) является красной границей фотоэффекта.

6. Закрепление материала (4 мин)

Учитель. В стихотворении чита­ем: «...гении, парадоксов друг». Знаете ли вы, что такое парадокс? Парадокс - это неожиданное явле­ние, не соответствующее обычным представлениям. Сейчас просмотрите § 88 учебника, с. \63, и найди­те, в чём парадокс фотоэффекта.

7. Тестирование (3 мин)

Учитель. А сейчас проведём тестирование. 8 че­ловек работают за компьютерами, остальные - за сто­лами. Получившим оценку «5» присваивается звание «Великий знаток фотоэффекта».

Учитель. Подведем итоги урока. Какое заключение можно сделать по проведенному следствию?

Учитель. Д/з провести расчеты в задачах, подготовиться к См/р.

Всем спасибо за урок, я вами довольна (оценки). В завершении урока прошу выполнить еще одно задание. Мы с компьютером нарисовали пейзаж. Какое место больше всего соответствует вашему настроению сейчас. я, например, улетаю на шаре – меня уносит вверх радость и удовлетворение нашей совместной работой. Отметьте карандашом, где находитесь вы.

Учащиеся. Парадокс состоит в том, что при уве­личении потока падающего света заданной длины волны не происходит увеличения скорости фотоэлек­тронов, а свет длиной волны меньше порогового зна­чения вообще не может выбить из металла электро­ны независимо от мощности светового потока.

Слайд 11

Учащиеся: Фотоэффект – это явление вырывания электронов из вещества под действием света – подтверждает тот факт, что электромагнитная энергия поглощается отдельными порциями. Если частота света меньше «красной границы», фотоэффекта быть не может. Свет обладает дуализмом свойств

Слайд 12

Тест по теме «Теория фотоэффекта»_____________________ (Ф. И.)

1. При каком облучении электроскоп, заряженный отрицательным зарядом, быстрее разрядится?

A)  При инфракрасном; Б) при ультрафиолетовом;

B)  при рентгеновском. Г) среди ответов А - В нет правильных

2. Изменится ли скорость фотоэлектронов, если уменьшить частоту падающего излучения, не изменяя его общую мощность?

А) Да, уменьшится; Б) да, увеличится; В)не изменится.

3. Изменится ли максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при увеличении частоты света?

A)  Нет, не изменится; Б) да, увеличится;

B)  да, уменьшится. Г) среди ответов А - В нет правильных

4. Фотоэффект практически безынерционен:

A) всегда;

Б) если длина волны падающего света больше соответствующей красной границы;

B) если частота падающего света больше или равна частоте красной границы.

Г) среди ответов А - В нет правильных

5. Какие из перечисленных явлений можно описать с помощью фотонной теории света?

A)  Интерференция; Б) дифракция;

B)  внешний фотоэффект. Г) среди ответов А - В нет правильных

6. Какие из перечисленных параметров определяют положение красной границы фотоэффекта?

А) Свойства вещества катода (химическая природа металла и состояние его поверхности);

Б) площадь катода; В) частота света.

Г) среди ответов А - В нет правильных

7. Фотон - это элементарная частица:

A) обладающая импульсом. Б) не имеющая массы;

B) не имеющая массы, не заряженная, обладающая энергией и импульсом;

Г) среди ответов А - В нет правильных

8. Свет обладает:

А) волновыми свойствами; Б) корпускулярными свойствами;

В)дуализмом (двойственностью) свойств. Г) среди ответов А - В нет правильных