11 класс" width="478" height="144"/>
ЗАКОНЫ ФОТОЭФФЕКТА
Цели дидактические:
1. Познакомиться с новым явлением – явлением фотоэффекта.
2. Изучить законы фотоэффекта.
3. Углубить знания о природе света.
Цели воспитательные:
1. Рассмотреть историческую роль ученых в жизни общества.
2. Показать мировоззренческое значение темы.
Развитие мышления:
1. Развитие мыслительных умений – анализа, обобщения, сравнения.
Межпредметные связи:
1. Обществознание (законы диалектики)
Оборудование:
1. Компьютерная презентация «Фотоэффект»
2. Компьютерный класс _____________
3. Электронный учебник «Программы Физикона. Локальная версия»
4. Интерактивная доска Smart
МЕТОД: частично-поисковый
План урока:
1. Актуализация знаний по теме «Шкала электромагнитных колебаний».
2. Поисковая беседа и демонстрация компьютерной презентации «Фотоэффект».
3. Работа с интерактивной моделью электронного учебника и вывод законов фотоэффекта.
4. Закрепление учебного материала при выполнении заданий на интерактивной доске.
5. Задание на дом.
6. Итог урока.
1. Повторение и актуализация знаний учащихся (подготовительный этап)
Шкала электромагнитных волн.
Экспериментальные факты, свидетельствующие об электромагнитной природе света.
Работа сил электрического поля по перемещению заряда.
2. Постановка цели урока с помощью презентации (слайды № 2-11)
3. Поисковая беседа:
1) (Цинковой пластине сообщили отрицательный заряд слайд 12 видеоролик)
Учитель: Заряд на пластине может оставаться очень долго. Почему?
Ученик (предполагаемый ответ): воздух диэлектрик
Учитель: Какими способами можно разрядить пластину?
Ученик: заземлить или нагреть воздух около пластины или осветить ее светом
Учитель: А как можно разрядить положительно заряженную пластину?
Ученик: теми же способами
Учитель: Давайте проверим. Посмотрим продолжение демонстрации (слайд № 12) Пластина с отрицательным зарядом разряжается от света электрической дуги. Положительно заряженная пластина не разряжается. Возникает проблемная ситуация. Опыт проводили в вакууме, но наблюдалась та же самая картина.
Учитель: Давайте разберемся. Почему пластина теряла отрицательный заряд?
Ученик: на неё действовал свет дуги.
Учитель: Как можно представить себе процесс уменьшения отрицательного заряда
под действием света дуги с точки зрения электронной теории?
Ученик: отрицательный заряд означает избыток электронов, очевидно
электроны вырываются из пластины и её заряд уменьшается.
Учитель: Почему же не теряет заряд положительно заряженная пластина?
Ученик: положительный заряд прочно связан с узлами кристаллической решетки и свет дуги не может их выбить.
Учитель: А электроны в положительно заряженной пластине имеются?
Ученик: да.
Учитель: Итак, ребята, мы только что пришли к выводу, что свет способен вырывать электроны из пластины. Что же в таком случае можно ожидать при облучении положительно заряженной пластины?
Ученик: увеличения положительного заряда пластины.
Учитель: Почему же электрометр не обнаруживает изменения заряда?
(идет объяснение учителя с рисунком)
Учитель: Что произойдет с электроном, выбитым светом из отрицательно
заряженной пластины?
Ученик: он будет отталкиваться от пластины.
Учитель: А что произойдет с электроном, выбитым светом из положительно
заряженной пластины?
Ученик: он будет притягиваться пластиной.
Учитель: Итак, вы правильно объяснили опыты (далее демонстрация опыта завершается)
Слайд №13
Учитель: В 1887 г. Генрих Герц – открыл явление
фотоэффекта - вырывание электронов из вещества под действием света,
а 1888 -1890 - исследовал законы фотоэффекта.
Слайд № 14
Учитель: А теперь попробуем объяснить фотоэффект с помощью волновой теории, так как другой теории мы ещё не знаем. Вспомним сначала, что представляет собой световая волна? (дети на доске чертят график и объясняют)
Учитель: Итак, как будто вопрос ясен: сила Лоренца достаточно мала и ею мы
пренебрегли, со стороны электрического поля световой волны на электрон действует
переменная сила «раскачивающая» его. Естественно предположить, что в результате
её действия электрон вырывается из металла. При этом, чем больше модуль Е, тем
больше вероятность того, что электрон преодолеет связи, удерживающие его в металле, и вырвется из него. Таким образом, увеличивая освещенность пластины, зависящей от квадрата амплитуды напряженности электрического поля, мы должны наблюдать фототок. Давайте проверим это на интерактивной модели (учащимся раздаются заготовки таблицы)
Примечание: заливка строк таблицы означает то, что цифры в них задаются во время опыта, а в остальных строках учащиеся ставят цифры, полученные в результате проведения опыта и на основании их, делают выводы.
ОПЫТ № 1
Задание: Определить зависимость фототока от интенсивности падающего излучения
на пластину.
U (B) | 3 | 3 | 3 | 3 | Не изменяется |
P (мBт) | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 1 | Увеличивается |
I (мA) | 0 | 0 | 0 | 0 | Не изменяется |
hс/λ (эВ) | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | Не изменяется |
λ (нм) | 690 | 690 | 690 | 690 | Не изменяется |
Вывод:
Итак, мы видим по результатам опыта, что увеличение освещенности катода не привело к изменению его заряда, фототок не появился.
Опыт № 2
Задание: Не изменяя освещенность пластины, но уменьшая длину падающего
излучения на неё, определить влияние этого фактора на изменение
фототока и энергии квантов.
U (B) | 3 | 3 | 3 | 3 | Не изменяется |
P (мBт) | 1 | 1 | 1 | 1 | Не изменяется |
I (мA) | 0 | 0 | 0,991 | 0,997 | Увеличивается |
hс/λ (эВ) | 1,8 | 1,98 | 2,07 | 2,36 | Увеличивается |
λ (нм) | 690 | 626 | 600 | 525 | Уменьшается длина волны |
(учащимся раздаются заготовки таблицы)
Выводы:
1. Уменьшение длины волны падающего излучения до 622 нм приводит к появлению фототока и его дальнейшему росту (стекло на пути излучения, падающего на цинковую пластинку в слайде № 12).
2. Увеличивается энергия кванта, т. к. она зависит обратно пропорционально от длины волны падающего излучения.
3. Фотоэлектроны УВЕЛИЧИВАЮТ свою скорость с увеличением частоты излучения (т. к. кинетическая энергия электрона равна Е=½тv2)
Опыт № 3
Задание: Определим, зависит ли количество фотоэлектронов от увеличения
освещённости пластины?
U (B) | 3 | 3 | 3 | 3 | Не изменяется |
P (мBт) | 0,1 | 0,5 | 0,7 | 1 | Увеличивается |
I (мA) | 0,1 | 0,498 | 0,698 | 0,997 | Увеличивается |
hс/λ (эВ) | 2,36 | 2,36 | 2,36 | 2,36 | Не изменяется |
λ (нм) | 525 | 525 | 525 | 525 | Не изменяется |
(учащимся раздаются заготовки таблицы)
Выводы:
1. При увеличении освещённости пластины фототок растет, а это значит, что число фотоэлектронов растет.
2. При увеличении освещённости пластины энергия квантов не изменяется,
значит, кинетическая энергия фотоэлектронов также не изменяется.
Опыт № 4
Если между фотокатодом и анодом вакуумного фотоэлемента создать электрическое поле, тормозящее движение электронов к аноду, то при некотором значении задерживающего напряжения Uз, анодный ток прекращается. Величина Uз определяется соотношением
|
Задание: Определим, как зависит фототок от изменения задерживающего
напряжения Uз при неизменной длине волны и освещенности ?
U (B) | 1,5 | 1 | 0 | -0,6 | Уменьшается |
P (мBт) | 1 | 1 | 1 | 1 | Не изменяется |
I (мA) | 0,691 | 0,413 | 0,001 | 0 | Уменьшается |
hс/λ (эВ) | 2,03 | 2,03 | 2,03 | 2,03 | Не изменяется |
λ (нм) | 612 | 612 | 612 | 612 | Не изменяется |
(учащимся раздаются заготовки таблицы)
Вывод:
При уменьшении напряжения между электродами мы видим, что фототок уменьшается до нуля при неизменных мощности излучения (Р) и длине волны (λ)
Опыт № 5
Задание: Определим, как изменяется задерживающее напряжения Uз увеличения длины волны падающей на катод?
Uз (B) | 1,2 | 0,8 | 0,3 | 0,1 | Уменьшается |
P (мBт) | 1 | 1 | 1 | 1 | Не изменяется |
I (мA) | 0 | 0 | 0 | 0 | Не изменяется |
hс/λ (эВ) | 3.10 | 2,76 | 2,26 | 2,07 | Уменьшается |
λ (нм) | 400 | 450 | 550 | 600 | Увеличивается |
Вывод:
1. При увеличении длины волны падающего излучения задерживающее напряжения Uз уменьшается.
Другими словами, кинетическая энергия фотоэлектронов уменьшается с уменьшением частоты падающего излучения, поэтому уменьшается и запирающее напряжение, при котором фототок равен нулю.
Опыт № 6
Задание: Определим, как изменение освещенности катода влияет на
задерживающее напряжение Uз?
Uз (B) | -0,1 | -0,1 | -0,1 | -0,1 | Не изменяется |
P (мBт) | 1 | 0,8 | 0,6 | 0,4 | Уменьшается |
I (мA) | 0 | 0 | 0 | 0 | Не изменяется |
hс/λ (эВ) | 2,09 | 2,09 | 2,09 | 2,09 | Не изменяется |
λ (нм) | 593 | 593 | 593 | 593 | Не изменяется |
Вывод:
Изменение освещенности катода не влияет на задерживающее напряжения Uз.
Итоговые выводы по выполнению заданий 1-6:
( Слайд 17. Законы фотоэффекта)
Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны.
Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
(Переход к концу урока (слайд 18) кратко об А. Эйнштейне и его теории фотоэффекта, которая будет изучаться на следующем уроке).
Домашнее задание:
1. Введение к разделу «Квантовая физика» и § 88.
2. Для желающих дополнительное задание: написать реферат по теме: «История открытия теории фотоэффекта»
ЗАКРЕПЛЕНИЕ:
1. Работа с интерактивной доской в книге «Фотоэффект»
