Фотоэффект. Эйнштейн формуласы. Фотоэффекттiн техникада колданылуы.

Сабақтың тақырыбы: «Фотоэффект. Эйнштейн формуласы. Фотоэффекттің техникада қолданылуы»

Сабақтың мақсаты:

• Білімділік: Оқушыларға фотоэффект ұғымын ұғындыру және Эйнштейн формуласының фотоэффектімен байланысын көрсету.

• Дамытушылық: Есеп шығара отырып, оқушылардың фотоэффект құбылысы туралы түсініктерін және ойлау қабілеттерін арттыру.

• Тәрбиелік: Оқушыларды ұйымшылдыққа, әдептілікке, мейірімділкке тәрбиелеу.

Сабақтың түрі: теориялық, практикалық

Сабақтың типі: аралас сабақ

Сабақтың көрнекілігі: суреттер, сызбалар, видеоматериал, кеспе қағаздары, тірек конспектісі.

Пәнаралық байланыс: биология, химия.

Қолданылатын әдіс-тәсілдер:

• Баяндау;

• Мәнерлеп оқу;

• Кестені толтыру;

• Сөздікпен жұмыс;

• Әдебиет теориясын ұғыну;

• Суретпен жұмыс;

• Өзіндік жұмыс (есеп шығару);

• Сұрақ-жауап.

Сабақ барысы:

• Ұйымдастыру кезеңі;

• Үй тапсырмасын сұрау (сөзжұмбақ шешу);

• Жаңа сабақ;

• Жаңа сабақты бекіту (есеп шығару);

• Қорытынды;

• Бағалау кезеңі;

• Үйге тапсырма.

Ұйымдастыру кезеңі: Оқушылармен сәлемдесу, түгелдеу, сабаққа дайындығын тексеру.

Үй тапсырмасын сұрау

1. Қызған денелердің сәуле шығарып, электромагниттік энергия таратуын қандай қозғалыс деп атайды? (жылулық)

2. ХХ ғасырда қалыптасқан теория? (кванттық)

3. Жоғары температурада қызған денелер қандай сәуле шығарады? (ультракүлгін)

4. Төменгі температурада қызған денелер қандай сәуле шығарады? (нифрақызыл)

5. Өзіне келген әр түрлі жиіліктегі сәулелердің энергиясын толық жұтып алатын денені абсолют қандай дене деп атайды? (қара)

6. Абсолю қара денелер туралы гипотеза ұсынған ғалым? (Планк)

7. Сәулелер арқылы жұтылатын және таралатын бір үлес энергия? (квант)

8. Эксперименттік нәтиже мен теориялар арсындағы қарама-қайшылықтар ультракүлгін несі деп аталады? (апаты)

9. Абсолют қара денеге мысал бола алатын жұлдыз? (Күн)

10. Тыныштықтағы массасы 0-ге тең бөлшек? (Фотон)

11. Бір ортадан екінші ортаға бөлшектердің тербелу арқылы таралуы не деп аталады? (Толқын)

Жаңа сабақ:

Г.Герц 1887 жылы, әдетте жоғарғы кернеуде байқалатын ұшқынды разряд, егер терiс электродқа ультракүлгiн сәуле түсiрсе, төменгi кернеуде де бола бастайтынын байқады. Бiрақ ол оның себебiн түсiндiре алмады. Бұл құбылысты терең зерттеп түсiндiрген орыс ғалымы А.Г.Столетов болды. Ол өз тәжiрибелерiнде ультракүлгiн сәулелердiң әсерiнен катодтан терiс зарядтардың ұшып шығатынын анықтады. Бұл ұшып шыққан бөлшектердiң меншiктi зарядын өлшеу арқылы жүргiзiлген бұдан арғы зерттеулер олардың электрондар екенiн көрсеттi.

Осылай, қатты денелер немесе сұйықтардан жарықтың әсерiнен электрондардың ұшып шығару құбылысын сыртқы фотоэлектрлiк эффект (немесе жәй фотоэффект) деп, .ал бұл ұшып шыққан электрондарды фотоэлектрондар деп атады.

Фотоэффект заңдарының теориялық түсiнiгiн 1905 жылы А.Эйнштейн бердi.

Ол өз зерттеулерiнде М.Планктың кванттар жөнiндегi ұғымын одан әрi дамыта отырып, жарық тек кванттар түрiнде шығарылып ғана қоймайды, сонымен қатар кванттар түрiнде жұтылады да деп есептедi. Бұл

жарық кванттарын ол фотондар деп атады. Эйнштейннiң бұл идеялары осы кезге дейiн үстемдiк етiп келген жарықтың толқындық теориясынан өзгеше, соны көзқарас едi.

• Шынында да, жарық екіжақтылығымен сипатталады: біріншісінде ол толқындық жағынан танылса, екіншісінде фотондар ағыны ретінде көрінеді. Бұл құбылыс жарықтың тоқындық - корпускулалық дуализмі (екіжақтылығы) деп аталады. Дуализм-бүкіл материяның кірпіші болып табылатын элементар бөлшектердің барлығына ортақ іргелі қасиет.

• Кваннтық көзқарас бойынша жарықты таситын әрбір бөлшек, яғни фотон бір

квант энергияға ие болады: Е=hν (1)

• Электронның металдан босап, ұшып шығуы үшін жасайтын жұмысын электронның шығу жұмысы деп атайды.

• Энергияның сақталу заңы бойынша жұтылған жарық фотонының hν энергиясы электронның Ашығ шығу жұмысына және оның кинетикалық энергиясына жұмсалады:

• Бұл өрнек Эйнштейн формуласы деп аталады.

• Мұндағы: m – босап шыққан электронның массасы, v – оның жылдамдығы, h – Планк тұрақтысы, v – жұтылған фотонның жиілігі,

Aшығ – электронның шығу жұмысы.

• Фотоэффект құбылысы мына шарт орындалса ғана байқалады:

hν ≥ Ашығ

• Фотоэффект байқалатын жарықтың ең аз дегендегі жиілігін немесе оғын сәйкес келетін толқын ұзындығын фотоэффекттің қызыл шекарасы деп атайды.

• Фотоэффект құбылысына негізделіп жааслған құралды фотоэлемент деп атайды.

• Фотоэлемменттердiң өздерiне жарық түскенiн немесе түскен жарықтың интенсивтiлiгi аз ғана өзгерiсiнiң өзiн лезде сезе алатын құрал фотореле деп аталады.

Жаңа сабақты бекіту:

А деңгейі

1-есеп. Электронның цезий бетінен шығу жұмысы 2эВ. Цезий бетіне толқын ұзындығы 0,485 мкм болатын сәуле түссе, фотоэффект байқалады ма?

2-есеп. Калий үшін электронның шығу жұмысы 1 эв. Калий үшін фотоэффекттің қызыл шекарасы қандай?

В деңгейі

1-есеп. Фотонның шығу жұмысы 2эВ болғанда электрондар 200 м/с жылдамдықпен қозғалу үшін, платина бетіне қандай жиіліктегі сәуле түсіру керек?

2-есеп. Металл пластина толық ұзындығы 420 нм жарықпен жарықтандырылған, Электронның пластина бетiне шығу жұмысы 2 эВ, тежеушi потенциалдың қандай мәнiнде фототок тоқтайды.

С деңгейі

1-есеп. Фотон энергиясы, бастапқы жылдамдығы 106 м/с және 4 В потенциалдар айырымымен үдетiлген электронның кинетикалық энергиясына тең. Фотонның толқын ұзындығын анықтаңыз.

2-есеп. Вольфрам үшiн фотоэффект құбылысы өтетiн жарықтың ең үлкен толқын ұзындығы 0,275 мкм. Вольфрамнан, толқын ұзындығы 0,18 мкм жарық жұлып шығаратын электрондардың ең үлкен жылдамдығын табыңыз.

Қорытынды: Фотоэффект тек техникада ған емес, сондай ақ күнделікті тұрмыста да қолданылады, оған мысал гүлдердің оттегіні шығаруын айтуға болады.

Бағалау кезеңі: Оқушылар сұрақтарға жауап бергеніне қарай және есеп шығаруына қарай бағаланады.

Үй тапсырмасы: §50, §51 конспект, оқу. 39 жаттығу.

Қосымша материалдар:

Фотоэффекттiң техникада қолданылуы

Генрих Рудольф Герц 
(1857-1894)

• 1857ж 22-сәуірде Габбургте заңгер мен сенатордың отбасында туылған. Бұл неміс физигі электродинамиканың негізін салушылардың бірі. Ол электромагниттік толқынның бар екенін эксперимент жүзінде дәлелдеді және электромагниттік толқын мен жарық толқындарының арасындағы негізгі қасиеттерді ашып көрсетті. Максвеллдің теңдеуіне симметриялық форма берген.

• 188ж сыртқы фотоэффект құбылысын ашты. Күш туралы ұғымға қатысы жоқ механиканы құрды.

• Генрих Герц 1894ж 1 қаңтарда 37 жасында жалпы қандық уланудан Боннада қайтыс болды.

• 

• А.В.Столетов ақсүйектердің емес, қарапайым отбасында дүниеге келген. 1860ж Мәскееудегі университетті бітіріп, профессорлық білімін жалғастырды. 1862-1866жж Гейделбергте, содан соң Геттингенде, Берлинде, Парижде физикамен айналысты. Соңғы эксперименті Кирхгофтың зертханасында аяқтады.

• Ол - магнит өрісінің темірдің айналасында алдыменөсіп, кейіннен кемитінін алғаш болып айтқан ғалым. Жарық жылдамдығына қатысты өлшем бірліктерді зертеумен де айналысқан. Г.Герцтің ашқан сыртқы фотоэффект құбылысын жұмыс істеу циклімен 1880ж эксперимент жүзінде айалысты,

• Алғашқы фотоэлементті құрды.

• А.Эйнштейн 1879 ж. Ульмада туылған (қазiргi ФРГ). 14 жасында Швейцарияға көшiп 1900 ж. Цюрих политехникумын бiтiредi. 1902-1933 ж.ж. университетте профессоржәне физика институтының директоры болады. Фашистер үкiметi құрылғаннан кейiн Германиядан кетуге мәжбүр болады. 1933 ж. АҚШ-қа көшедi, өзiнiң өмiрiнiң соңына дейiн Принстон институтының перспективтi зерттеуiнде қызмет етедi.

• Эйнштейн салыстырмалылықтың арнайы теориясының негiзiнде 1905 ж. масса мен энергияның байланыс заңын ашты.Ол кванттық теорияны құруға да маңызды роль атқарды. 1905 ж. жарықтық сәуле шығаруды, жарық квантының немесе фотондардың ағыны деп қарастырып, кванттық, дискреттiк құрылымын зерттедi. Жарықтың кванттық теориясының негiзiнде фотоэффект құбылысын түсiндiрдi.

К

А

Н

Т

В

Ы