Презентация для урока "Фотоэффект"

Фотоэффект

Урок физики 11 класс

Учитель физики МКОУ СОШ № 10

Рыжкова Т.П.

Цели урока:

• Сформировать у учащихся представление о фотоэффекте и изучить его и обобщить законы, которым он подчиняется;
• Развивать логику, возможность работы в группе;
• Уметь различать задания разного уровня ЕГЭ, воспитывать внимание, чувство ответственности.

Задача урока выяснить:

• Какой эффект может произвести свет с веществом;
• Каким физическим законам он подчиняется;
• От каких характеристик света и вещества зависит;
• Где нашёл применение.

Раздел современной физики

Квантовая физика изучает свойства, строение атомов и молекул, движение и взаимодействие микрочастиц

Фотоэффект – это явление вырывания электронов из вещества под действием света.

-Почему в 1867 году Генрих Герц выполнив опыт назвал наблюдаемый процесс фотоэффект? -Как расшифровать понятие квант? -От чего зависит энергия кванта излучения?

Объяснение фотоэффекта

Немецкий физик

Макс Планк

1900 г. Гипотеза:

Тела испускают свет порциями- квантами.

.

Где h = 6,63·10 –34 Дж·с

постоянная Планка

Что понимают под словом корпускулярно-квантовый дуализм? Как найти энергию кванта излучения? Кто является создателем квантовой теории?

Чему равна постоянная Планка? Что такое фотон? Какими свойствами обладает фотон?

Какое излучение из перечисленных имеет самую короткую длину волны?

Ультрафиолетовые лучи;

Инфракрасные лучи;

Видимый свет;

Радиоволны;

Рентгеновские лучи

Какой цвет видимого света имеет наименьшую частоту? Наименьшую длину волны?

При каком условии отчётливо выражены корпускулярные свойства света?

Открытие фотоэффекта

• 1 8 86 – 1889 года, наблюдение фотоэффекта
• Немецкий физик
• Генрих Герц
• Обнаружил фотоэффект

Наблюдение фотоэффекта: Генрих Герц в 1887 г.

при проведении эксперимента пришёл к выводу:

Световые волны большой частоты и малой длины волны, способны вырывать электроны из вещества.

Из истории фотоэффекта…

1887 год – немецкий физик Генрих Герц

Второе открытие фотоэффекта

1888 год – немецкий ученый Вильгельм

Гальвакс.

Третье открытие фотоэффекта

1888 год – итальянец Аугусто Риги. Он же

придумал первый фотоэлемент – прибор,

преобразующий энергию света в

электрический ток.

Четвертое и окончательное открытие…

1888 год – русский ученый Александр

Григорьевич Столетов. Он

подверг фотоэффект

тщательному эксперимен-

тальному исследованию и

установил законы

фотоэффекта.

Схема установки Столетова 1-й вариант опыта

!

V

Схема установки Столетова 1-й вариант опыта

!

V

Вывод, который сделал вывод Столетов…

… при освещении цинковой пластины

ультрафиолетовыми лучами из неё

вырываются электроны. Под действием ЭП

они устремляются к сетке и в цепи возникает

электрический ток, который называют

фототоком .

Наблюдение фотоэффекта

Наблюдение фотоэффекта

Наблюдение фотоэффекта

Схема установки, на которой Столетов

установил законы фотоэффекта

Ф 1" width="640"

Первый закон фотоэффекта

Сила тока насыщения (фактически, число выбиваемых с поверхности электронов за единицу времени) прямо пропорциональна интенсивности светового излучения, падающего на поверхность тела. I нас ˜ световому потоку!

Внимание!

Световой поток,

падающий на фотокатод,

увеличивается, а его

спектральный состав

остается неизменным:

Ф 2 Ф 1

Второй закон фотоэффекта

Если частоту света увеличить, то при неизменном световом

потоке запирающее напряжение увеличивается, а, следовательно,

увеличивается и кинетическая энергия фотоэлектронов.

Максимальная скорость фотоэлектронов зависит

только от частоты падающего света и не зависит от его

интенсивности.

Важно!

По модулю запирающего напряжения можно судить о

скорости фотоэлектронов и об их кинетической

энергии!

Третий закон фотоэффекта

Для каждого вещества существует

минимальная частота (так называемая

красная граница фотоэффекта), ниже которой

фотоэффект невозможен.

Третий закон фотоэффекта

Каждому веществу соответствует минимальная частота излучения (красная граница), ниже которой фотоэффект невозможен

 min ,  max

Установите соответствие

а)электрон, вырванный светом из вещества

б)максимальное значение фототока

в)явление вырывания электронов из вещества под действием света

г)движение вырванных светом из вещества электронов

д)напряжение, при котором величина фототока равна нулю

е)открыл фотоэффект

ж)объяснил фотоэффект

з)исследовал фотоэффект

1 Фотоэффект

2 Фотоэлектрон

3 Фототок насыщения

4Задерживающее напряжение

5 Фототок

6 Г.Герц

7 А.Г.Столетов

8 А.Эйнштейн

Правильные ответы

1. В

• А
• Б
• Д
• Г
• Е
• З
• ж

Ваша оценка

«5» - 8 верных ответов

«4» - 6-7 верных ответов

«3» - 4-5 верных ответов

«2» - менее 4 правильных ответа

Вопросы:

1. Почему выход фотоэлектронов при возникновении фотоэффекта не зависит от освещенности металла?

2. Как изменяется кинетическая энергия электронов при фотоэффекте, если, не изменяя частоту, увеличить световой поток в 2 раза?

3. Как зависит запирающее напряжение от длины волны освещающего света?

4. Как изменится скорость вылетающих электронов при увеличении частоты освещающего света?

5. Как изменится работа выхода электрона из вещества при уменьшении частоты облучения в 3 раза?

Вопросы:

1. Как изменится кинетическая энергия электронов при фотоэффекте, если увеличить частоту облучающего света, не изменяя общую мощность излучения?

• Увеличится

• Уменьшится

• Не изменится

• Ответ не однозначен

Вопросы:

Какие из перечисленных ниже приборов основаны на волновых свойствах света?

1. Дифракционная решетка

2. Фотоэлемент

А) Только 1

Б) Только 2

В) 1 и 2

Г) Ни 1, ни 2

Вопросы:

В каком случае электроскоп, заряженный отрицательным зарядом, быстрее разрядится?

• При освещении инфракрасным излучением

• При освещении ультрафиолетовым излучением

Вопросы:

На рисунке приведены графики зависимости запирающего напряжения фотоэлемента от частоты облучающего света. В каком случае материал катода фотоэлемента имеет большую работу выхода?

• I

• II

• Одинаковую

• Ответ не однозначен

 ν min" width="640"

Основные закономерности:

• Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности.

2. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта , то есть наименьшая частота ν min , при которой еще возможен внешний фотоэффект.

3. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.

4. Фотоэффект практически безынерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν  ν min

Опыты по доказательству и измерению давления света

• 1619г. Идею о том, что свет может оказывать давление, приписывают Иогану Кеплеру.

• 1873г. Дж.Максвелл , исходя из представлений об электромагнитной природе света, пришел к выводу: свет должен оказывать давление на препятствие.
• 1893г. Американские ученые Никольс и Гул представили экспериментальное доказательство светового давления.
• 1900г. П.Н.Лебедев измерил световое давление и подтвердил предсказание Максвелла.

Опыты по доказательству и измерению давления света

Опыт Никольса и Гула.

Опыт Лебедева

Конструкция прибора, с помощью которого Лебедев в 1899-1900 гг. доказал существование светового давления, остроумна и проста. Основная его часть – плоские лёгкие крылышки диаметром 5 мм из различных металлов и слюды. Их подвесили на тонкой стеклянной нити внутри стеклянного сосуда, из которого тщательно откачали воздух . Свет угольной дуги посредством системы зеркал направляли на крылышки под различными углами. Падая на отражающие и поглощающие крылышки он заставлял их поворачиваться и закручивать нить.

(1866-1912 г.)

Опыт Лебедева

Световое давление в астрономии

• Световое давление обеспечивает стабильность звезд, противодействуя силам гравитационного сжатия.
• Действием давления света объясняются некоторые формы кометных хвостов

Теоретическое объяснение фотоэффекта

• было дано в 1905 году Эйнштейном. Он оказался первым, кому стало ясно, что явление может быть понято только с позиций квантовой теории.

ЗАСЛУЖЕННАЯ НАГРАДА

• В1921 году за вклад в теоретическую физику, особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта Эйнштейн был награжден Нобелевской премией по физике. В 1905 году в существование квантов никто тогда не верил. Никто, кроме Эйнштейна.

Теория фотоэффекта

Альберт Эйнштейн

1905 г.

Развитие идеи Планка :

Свет не только излучается и поглощается , но и существует в виде отдельных квантов.

Объяснение законов фотоэффекта

.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

Работа выхода.

Энергию связи электрона в металле характеризуют работой выхода

A=h  min

Работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для удаления электрона из металла

Применение фотоэффекта

Вакуумный фотоэлемент

Вакуумный фотоэлемент

Простейшим фотоэлементом

с внешним фотоэффектом

является вакуумный фотоэлемент .

Он представляет собой

откачанный стеклянный баллон,

внутренняя поверхность которого (за

исключением окошка для доступа

излучения) покрыта

фоточувствительным слоем,

служащим фотокатодом. В качестве

анода обычно используется кольцо

или сетка, помещаемая в центре

баллона.

Вакуумные фотоэлементы безынерционны, и для них наблюдается строгая пропорциональность фототока интенсивности излучения. Эти свойства позволяют использовать вакуумные фотоэлементы в качестве фотометрических приборов, например фотоэлектрический экспонометр, люксметр (измеритель освещенности) и т.д.

Фоторезисторы

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом,

называемые полупроводниковыми

фотоэлементами или фотосопротивлениями

(фоторезисторами ) , обладают гораздо большей

интегральной чувствительностью, чем

вакуумные. Недостаток фотосопротивлений –

их заметная инерционность, поэтому они

непригодны для регистрации

быстропеременных световых потоков.

Применение фотоэффекта

Применение фотоэффекта

Вентильные фотоэлементы

Фотоэлементы с вентильным фотоэффектом, называемые вентильными фотоэлементами (фотоэлементы с запирающим слоем), обладая, подобно элементам с внешним фотоэффектом, строгой пропорциональностью фототока интенсивности излучения, имеют большую по сравнению с ними интегральную чувствительность и не нуждаются во внешнем источнике э.д.с.

Кремниевые и другие вентильные фотоэлементы применяются для создания солнечных батарей, непосредственно преобразующих световую энергию в электрическую.

Такие батареи уже

в течение многих лет

работают на космичес-

ких спутниках и

кораблях. Их КПД

приблизительно

10% и, как показывают теоретические

расчеты, может быть доведён до 22%,

что открывает широкие перспективы их

использования в качестве источников для

бытовых и производственных нужд.

Солнцемобиль, солнечная станция

Внутренний фотоэффект в полупроводниках

• Одним из наиболее важных приоритетов в развитии человечества является открытие и использование новых видов энергии, одним из которых стало открытие явления фотоэффекта. С 1876 года, когда в Великобритании был создан первый фотоэлемент, до наших дней ученые работают над совершенствованием этой технологии, повышением ее эффективности. Однако подлинная история использования полупроводниковых преобразователей началась в 1958-м, когда на третьем советском в качестве источника энергии были установлены солнечные кремниевые батареи, с тех пор основной источник энергии в космосе.

Проверочные тесты ЕГЭ

часть «А-В-С»

№ 1: Какому из нижеприведенных выражений соответствует единица измерения постоянной Планка в СИ?

а) Дж  с

б) кг  м /c 2

в) кг  м /c

г) Н  м

д) кг / м 3

№ 2: По какой из нижеприведенных формул, можно рассчитать импульс фотона? ( Е-энергия фотона; с- скорость света)

А)  Ес

B)  Ес 2

C) с/Е

D)  с 2 /Е

E)  Е/с

№ 3 Как изменится работа выхода, при увеличении длины волны падающего излучения на катод, в четыре раза?

А)  Увеличится в четыре раза.

B)  Уменьшится в четыре раза.

C)  Увеличится в два раза.

D)  Уменьшится в два раза.

E)  Не изменится.

№ 4 Какое из нижеприведенных утверждений ( для данного электрода) справедливо?

А)  Работа выхода зависит от длины волны падающего излучения.

B)  «Запирающее» напряжение зависит от работы выхода.

C)  Увеличение длины волны падающего излучения приводит к увеличению скорости вылетающих фотоэлектронов.

D)  Максимальная скорость вылетающих фотоэлектронов, зависит только от работы выхода.

E)  Увеличение частоты падающего излучения, приводит к увеличению скорости фотоэлектронов.

№ 5.Пластина изготовлена из материала, «красная граница» для которого попадает в голубую область спектра. При освещении какими лучами данной пластины наблюдается фотоэффект?

А)  Инфракрасными.

B)  Ультрафиолетовыми.

C)  Желтыми.

D)  Красными.

E)  Оранжевыми.

№ 6 Какое из нижеприведенных утверждений справедливо? Кинетическая энергия вылетающих фотоэлектронов зависит от:

А) Только от частоты падающего излучения.

B) Только от температуры металла.

C) Только от интенсивности излучения.

D) От частоты и интенсивности падающего

Излучения.

E) От температуры металла и интенсивности

излучения.

Правильные ответы

• 1- A
• 2- E
• 3- B
• 4-Е
• 5- B
• 6-А

Домашнее задание

п.88; 91;

1группа: Решить задачу.

Сколько фотонов испускает за 1 с лампа накаливания, мощностью

60 Вт, если длина волны излучения света равна 1,2 мкм.

2 группа: Подготовить сообщения по темам «Эффект Комптона», «Химическое действие света», «Запись звука в кино»;

3 группа: составить тест из 5 заданий по теме «Фотоэффект»