УРОК ФИЗИКИ В 11 КЛАССЕ

Тема: Применение фотоэффекта.

Цель: формировать умения усваивать учебный материал на новом уровне, работать с дополнительной литературой.

Развивать способности учащихся к самостоятельному творческому поиску, интерес к физике, логическое, творческое мышление.

Воспитывать  у  учащихся убежденность в неограниченности познания,  формировать экологическое мышление.

Тип урока:  урок изучения нового материала.

Эпиграф

Путь познанья бесконечен,

Перед каждым он открыт.

Не пугайся с новым встречи,

Изучай, дерзай, твори!

Ход урока

Организационный момент

Сегодня необычный урок, у нас гости. Они пришли посмотреть как вы работаете на уроке, как понимаете физику, что знаете. Поэтому будьте более внимательны и активны. Ну что ж за работу!

Мир, который нас окружает, - это мир физики.  Физика – наука о природе, она учит нас как нужно относиться к природе. Если мы знаем законы природы – мы её бережем, владеем её дарами, и она нас благодарит за это, а если не знаем – она нас наказывает. Это аварии на дорогах, в быту, на производстве, и даже в космосе. Физика чудесная наука, хотя и трудная для изучения. Так давайте продолжим изучать мир.

II.  Мотивация учения.

А. Эйнштейн говорил  «Кто перестает удивляться, тот перестает жить!»

Заканчивая изучение темы попробуем расширить  границы своих знаний, найдем новое и удивимся мудрости и величию природы.

III.  Сообщение темы, цели и задач урока.

IV.  Актуализация опорных знаний.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

«Гроздь вопросов»

Что такое фотоэффект? Кто наблюдал фотоэффект? Первый закон фотоэффекта? Что такое задерживающее напряжение? От чего зависит задерживающее напряжение? Второй закон фотоэффекта? Что собой представляет свет? Уравнение  фотоэффекта. Что такое работа выхода? Что такое красная граница  фотоэффекта? Третий  закон фотоэффекта. Какую роль играет в природе  фотоэффект? Что такое длинноволновая граница  фотоэффекта? Что такое внешний  фотоэффект? Что такое внутренний  фотоэффект?

«Телеграф»

А→н→нmin→h→л→лmax→c→→m

«Логическая цепочка»

h=6.63∙10-34 Дж∙с

н=

А=

т=

V=

т=9,11∙10-31кг

V=

V. Изучение нового материала


    Я вам предложила поучаствовать в мини - проекте. Вы распределились на группы. Каждая  группа получила задание. Давайте посмотрим, что у вас получилось.

    Заручитесь поддержкой товарищей. Закончите предложение одним словом. Я желаю тебе …( успехов, поддержки, творчества, воодушевления, …). А я вам желаю  плодотворной работы на уроке.


1 группа  «Библиографы»

К  сожалению, по школьной программе, мало времени уделяется  знакомству  с биографиями ученых, миром их увлечений. Хотелось бы узнать о них как о людях, о том, как они жили, работали, какими они были людьми. В чем, по их мнению, состоят истинные цености жизни. Вспомнним тех, кто занимался изучением природы света, световыми явлениями и  фотоэффектом. С их именами мы уже знакомы. Это - Иссак Ньютон (1643-1727), Христиан Гюйгенс (1629-1695), Томас Юнг (1773-1829), Огюстен Френель (1788-1827), Д. Максвелл (1831-1879), Макс Панк (1858 -1947), Альберт Эйнштейн (1879-1955), Александр Григорьевич Столетов (1839-1896), Петр Николаевич Лебедев (1866-1912).

Что объединяет всех этих людей и почему звучит сейчас эта музыка. Прежде всего – увлеченность, преданность любимому делу, разнообразие интересов и у большинства из них – любовь к музыке. Как часто проходили дебаты: может ли быть физик лириком? Оказываеться, что  много ученых  - физиков были очень лирическими людьми. Много написано о музыкальных вечерах, в которых участвовали Планк, Эйнштейн, Лебедев, Столетов.

  Эйнштейн прекрасно играл на фортепиано, скрипке, и это не помешало ему получить Нобелевскую премию за работы по теории фотоэффекта.

  Планк даже в начале колебался, что выбрать: музыку или науку. Любимыми композиторами Планка, Лебедева, Столетова,  Эйнштейна были: Шуберт, Шуман, Брамс. Вот поэтому сейчас звучит музыка Брамса. (музыка затихает). Очень широк круг интересов этих людей.

  На статуе Ньютона в Кембридже сделана надпись: «Умом он превзошел род людской».

  Гюйгенс  - человек разносторонних талантов и одаренностей. Он исследовал кольца Сатурна, занимался теорией удара, теорией света. А о Юнге говорить можно очень много. Он рано усвоил заповедь  деда:  «Учиться мало и как - нибудь  - ужасная вещь!» В 20 лет он изучает медицину, много читает, 2 раза в неделю берет уроки танцев, 2 раза – уроки музыки и рисования, 4 раза – занимается верховой ездой. Он наездник, канатоходец, музыкант, выступает даже в цирке. Им же написаны 60 глав  Британской энциклопедии.

  Планк любил музыку и горы. Ему шел 9-й десяток лет, когда он поднялся на одну из вершин в Тироле. Он никогда не шел на компромис со своей совестью.

  Лебедев – сын зажиточного комерсанта, но выбирает трудный путь – путь в науку. Его слова: «Если бы мне предложили все богатства индийсгого раджи с условием оставить науку… или остаться в убогой квартире с убогой пищей, но заниматься наукой, я бы, не раздумывая, выбрал последнее ».

ВОПРОСЫ

1.Кто из ученых читать начал в 2-летнем возрасте?

2.За какие работы А. Эйнштей был удостоен Нобелевской премии?

2 группа «Научные сотрудники»

Открытие фотоэффекта имеет большое значение для понимания природы света. Но ценность науки состоит еще и в том, что она дает нам в руки средства с помощью которых можно совершенствовать производство, улучшать условия материальной и культурной жизни общества. Фотоэффект позволил озвучить кино, передавать движущееся изображение, создать станки с программым управлением, контролировать размеры изделий, включать и выключать уличное освещение, создавать «видящие» автоматы. А всё это оказалось возможным благодаря изобретению фотоэлементов. В них энергия света управляет энергией электрического тока или преобразуется в нее. Фотоэлементы бывают вакуумные и полупроводниковые.

Вакуумные состоят из стеклянной колбы, часть внутренней поверхности которой покрыта тонким слоем металла с малой работой выхода. Это катод. Через прозрачное окошко свет проникает во внутрь колбы. В её центре есть проволочная петля – это анод. При попадании света на катод фотоэлемента в цепи возникает электрический ток, который включает или выключает реле. Комбинация фотоэлемента с реле позволяет создавать «видящие» автоматы: турникет в метро, на заводе мощный пресс останавливается мгновенно, если человек в опасной зоне, считает детали на конвейере, контролирует размеры деталей, прозрачность раствора при химическом анализе, определение момента финиша в спортивных состязаниях. Такие приборы работают благодаря внешнему фотоэффекту.

К достоинствам фотоэлементов с внешним фотоэффектом относятся их безинерционность и пропорциональность фототока интенсивности излучения.

К недостаткам относятся недостаточная чувствительность к длинновоновому излучению, хрупкость, и сравнительная сложность изготовления.

Полупроводниковые фотоэлементы используют в работе внутренний фотоэффект. Фоторезисторы  - это полупроводниковые приборы сопротивление которых зависит от освещенности. Сконструированы ещё полупроводниковые фотоэлементы. Они преобразуют энергию излучения в энергию электрического тока. ЭДС в этом случае возникает в области  р-п перехода 2-х полупроводников при облучении этой области светом. Фотоэлементы малой мощности используют в фотоэкспонометрах. Множестово соединенных последовательно р-п переходов образуют солнечную батарею. Фотоэлементы применяются для измерения силы света, яркости, освещенности, для обнаружения невидимого излучения. Большое значение имеют фотоэлементы, чуствительные к инфракрасным лучам. Их применяют для аэронавигации, сигнализации, в самонаводящих ракетах, в фототелеграфе.

К достоинствам фотосопротивлений (внутренний фотоэффект) относятся высокая фоточувствительность, большой срок службы, малые размеры, поростота  в изготовлени.

К недостаткам относятся отсутствие прямой пропорциональности между силой тока в цепи и интенсивностью освещения, влияние на сопротивление температуры  окружающей среды, инерционность. 

Фотоэлементы  широко  используются  для  автоматиза­ции  производственных  процессов. Вместе с электронными усилителями фотоэлементы входят в состав фотореле приборов автоматического управления различными установками, которые используют безынерциальность фотоэффекта, то есть способность фотоэлемента практически мгновенно реагировать на световое влияние или его изменения. Состоит фотореле из фотоэлемента Ф, усилителя  фототока У и электромагнитного реле ЭР. Если на фотоэлемент падает свет, то в катушке К реле возникает ток. Катушка намагничивается и, растягивая пружину Пр, притягивает якорь Я, замыкающий контакт В исполнительной  цепи с током большой мощности.

Фотореле можно включить и так, чтобы при освещении фотоэлемента исполнительная цепь размыкалась.

Применения фотореле чрезвычайно разнообразны. Фотореле включает и выключает освещение улиц и площадей в городах, свет маяков и бакенов, сортирует различные детали по цвету и форме.

Одним из наиболее важных применений фотоэлементов является использование их в звуковом кино для воспроизве­дения звука, записанного на киноленте в виде «звуковой до­рожки» . Одновременно с фотографированием кинокадров на ленте осуществляется запись звука. Рассмотрим принцип оптической записи звука.

Звуковые колебания при помощи микрофона 1 преобразуются в колебания силы электрического тока и подаются на усилиУсиленный электрический ток пропускается через так называемый «оптический канал» , состоящих из двух металлических пластин, размещенных очень близ­ко (около 0,025 мм) друг от друга между полюсами силь­ных магнитов 3 и 4. В магнитном поле на пластины, по которым идет переменный ток, действует сила Ампера, заставляя их поочередно втягиваться в промежуток меж­ду полюсами магнитов и тем самым изменять ширину щели между пластинами. Эти изменения ширины щели вызывают соответствующие изменения количества света, проходящего сквозь щель от специального источника. 2 Свет фокусируется на краю светочувствительной пленки, вызывая большее или меньшее почернение этой пленки. Пленку потом проявляют и делают из нее негатив. Копию, на которой можно видеть звуковую дорожку темных и светлых полос, прозрачность которых соответствует звуковым волнам, действующим на микрофон.

При воспроизведении сквозь звуковую дорожку пропускается узкий пучок света, который  потом направляется на фотоэлемент. При освещении фотоэлемента возникает ток, сила которого зависит от качества света, пропущенного звуковой дорожкой. При движении кинопленки световой поток, пропущенный звуковой  дорожкой, непрерывно меняется в зависимости от прозрачности дорожки, поэтому изменяется и сила тока в цепи фотоэлемента. Эти колебания силы тока усиливаются в  миллионы раз и направляются в громкоговоритель, превращаются в звуковые колебания. Эти колебания точно воспроизводят те звуковые волны, которые действовали на мембрану микрофона. Поскольку скорость света  очень большая по сравнению со скоростью звука, то звуковая дорожка на несколько кадров опережает соответствующее ей изображение.

ВОПРОСЫ

1.Почему для изготовления солнечных батарей используют кремний, а не другие полупроводники?( т. к кремний наиболее чувствительными к волнам, на которые приходится мах энергии в солнечном спектре)

2. Что такое  фотосопротивление?

3 группа. «Экологи»

Фотоэффект может применяться в областях, связанных с охраной природы. Создана высоковольтная солнечная батарея,  которая дает напряжение 32 кВ. Срок службы батареи около 30-ти лет. За счет таких батарей можно было бы полностью обеспечить потребность людей в электроэнергии. Фотоэлементы можно использовать для определения степени загрязнения воды и воздуха. Дым – это топливо, которое не сгорело.  Как уменьшить затраты топлива? И  уменьшить количество вредных выбросов. Для этого в верхней части трубы котельной делают боковое сквозное отверстие. С одного бока ставят электрическую лампочку, луч света которой пронизывает трубу поперек, а с другого-  фотоэлемент, который улавливает этот луч. Фотоэлемент связан с электрической установкой в кочегарке. Если в топке мало воздуха, дым становится густым, и лучу трудно пройти сквозь него. Что приведет к уменьшению тока в фотоэлементе и он даст сигнал: добавить воздуха. Кочегар включит вентилятор для увеличения тяги. Дым станет светлым,  фотоэлемент будет нормально освещен и можно будет отключить вентилятор (искуственную тягу).

Мы заинтересовались вопросом, какую установку можно создать для контроля за степенью загрязненности сточных вод. Выяснили, что на ЦОФ «Комендантской» для очистки технической воды используют несколько водоемов (отстойников). Их на фабрике  три. В них шламы оседают на дно, а вода сбрасывается в нижний водоем, где дополнительно ещё отстаивается. Но бывают случаи, когда идут дожди, во время весенних паводков, вода не успевает очиститься и достаточно грязная вода сбрасывается в реку Белая. Можно было бы, немного усовершенствовать этот процесс и улучшить экологическое состояние р. Белая. Для этого в нижнем водоеме на Белом мосту, нужно сделать сквозное отверстие в трубе, через которую  вода сбрасывается. С одной стороны поставить электрическую лампочку, а с другой фотоэлемент. Если стоки будут грязные, то фотоэлемент будет недостаточно освещен и ток в фотоэлементе уменьшится,  он даст звуковой сигнал, если в цепь включить звонок.  Человек, который следит за этим процессом, должен закрыть задвижку, а ещё лучше, если задвижка будет закрываться автоматически. 

Термосопротивления - это полупроводниковые приборы у которых сопротивление зависит от температуры. Они  могут использоваться  в противопожарной безопасности. При угрозе пожара, температура в помещении повышается, что приведет к уменьшению сопротивления и увеличению  силы тока в цепи. Диспетчер увидит эти изменения и примет соответствующие меры.

ВОПРОСЫ

1.Что такое термосопротивления?

2. Можно ли, использовать предложенный нами метод для  контроля за стоками, которые сбрасываются в речку Белая?

VI. Осмысливание полученных знаний.

Разминка

Закончи предложение: «Уметь мыслить необходимо для того,  чтобы… » (работать, жить, общаться, и т. д)

Пришло СМС сообщение

Студенты  медицинского  университета сдают экзамен по квантовой физике и не могут решить задачу, просят помочь! Поможем?

Задача

Какую максимальную скорость могут  иметь вырванные из калия электроны при облучении его светом с длиной волны  0.3 мкм? Работа выхода для калия равна  2 эВ.

VII. Итог урока.

Мини – выступление  «Моё открытие на сегодня »

На уроке я узнал…

Мне понравилась…

Я узнал, где …

Мне понравилась …

Мне была интересна информация о…

Мне понравилась …

Я восхищен..

Я посмотрел на науку.. .

Мне понравилось …

Выставление оценок.

Возможно, со временем, вы забудете этот материал, но останется самое главное: умение анализировать, размышлять, желание делать что – то полезное, работать с дополнительной литературой, быть ответственными.

VIII. Домашнее задание

1) повторить параграфы 69-71;

2) решить задачи( индивидуальное задание)

Какую максимальную скорость имеют вырванные из лития электроны при его облучении светом с частотой 1015  Гй?. Работа выхода электронов из лития равна 2,4 эВ. Световой поток фиолетовых лучей  с длиной волны 400  нм падает на поверхность цинкового фотокатода. Будет ли наблюдаться  фотоэффект? Работа выхода для цинка 3,7 эВ. Какое минимальное напряжение следует приложить к электродам фотоэлемента, фотокатод изготовлен из цинка, чтобы электроны, вырываемые ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 0,2 мкм, не могли достигнуть анода? Работа выхода для цинка 3,7 эВ. Какую максимальную кинетическую энегрию могут приобрести электроны, вырываемые с поверхности меди при облучении ее ультрафиолетовым светом с длиной волны 0,15 мкм? Работа выхода для меди 4,47 эВ. Найти длину волны света, которым освещается поверхность металла, если кинетическая энергия фотоэлектронов 4,5 10 -20 Дж, а работа выхода электрона из металла 7,5 10-19  Дж. Какую максимальную скорость имеют вырванные из лития электроны при его облучении светом с частотой 1015  Гй?. Работа выхода электронов из лития равна 2,4 эВ. Световой поток фиолетовых лучей  с длиной волны 400  нм падает на поверхность цинкового фотокатода. Будет ли наблюдаться  фотоэффект? Работа выхода для цинка 3,7 эВ. Какое минимальное напряжение следует приложить к электродам фотоэлемента, фотокатод изготовлен из цинка, чтобы электроны, вырываемые ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 0,2 мкм, не могли достигнуть анода? Работа выхода для цинка 3,7 эВ. Какую максимальную кинетическую энергию могут приобрести электроны, вырываемые с поверхности меди при облучении ее ультрафиолетовым светом с длиной волны 0,15 мкм? Работа выхода для меди 4,47 эВ. Найти длину волны света, которым освещается поверхность металла, если кинетическая энергия фотоэлектронов 4,5 10 -20 Дж, а работа выхода электрона из металла 7,5 10-19  Дж.