Разработка урока "Фотоэффект"

Дата____________

Класс: 11

Тема урока: Фотоэффект.

Цели урока.

Образовательные: Сформировать у учащихся представление о фотоэффекте, знакомство учащихся с компьютерной установкой для изучения законов фотоэффекта; проверить законы фотоэффекта с помощью виртуального эксперимента; расширить представления учащихся об области применения закона сохранения энергии, ознакомить с научной деятельностью А.Г. Столетова, подготовка к ЕНТ.

Развивающие: подготовить обучающихся к пониманию процессов и явлений, происходящих по законам квантовой физики; учить систематизировать учебный материал, выделяя доминирующие элементы знания; развивать умение работать с формулами при решении задач;

Воспитательные: Воспитывать внимание, чувство ответственности, терпимости к суждениям товарищей, прививать интерес к предмету.

Оборудование: презентация PREZI

“Искусство экспериментатора состоит в том,

чтобы уметь задавать природе вопросы и понимать её ответы”
М. Фарадей

Ход урока.

1. Организационный момент. Создание коллаборативной среды.

Мы продолжаем изучать раздел “Квантовая физика”, постараемся выяснить какое действие оказывает свет на вещество и от чего зависит это действие. Но сначала мы повторим материал, пройденный на прошлом уроке: тепловое излучение и гипотезу Планка.

1. Актуализация знаний.

Повторение по пройденной теме “Квантовая физика”.

Давайте ответим на следующие вопросы.

• Что называется тепловым излучением?

• С какими трудностями столкнулась теория теплового излучения?

• Кто указал путь выхода из этих трудностей?

• В чем суть гипотезы Макса Планка?

• От чего зависит энергия кванта излучения и чему она равна?

• Чему равна постоянная Планка?

1. Изучение нового материала.

Наблюдение «фотоэффекта».

-Стремление доказать правоту квантовой идеи побудило А. Эйнштейна поискать в материалах, накопленных физиками-экспериментаторами такие факты, которые не находили объяснение в рамках классических представлений. Помимо проблем, связанных с тепловым излучением, столь же загадочным оказались закономерности, проявляющиеся в явлении «фотоэффекта», которое было открыто случайно в 1887 году немецким физиком Генрихом Герцем, когда он исследовал электрические колебания. Для проведения опыта он использовал электроскоп с присоединённой к нему цинковой пластинкой. Заряженную пластинку он освещал мощным источником света и обнаружил интересные моменты. Сейчас и мы, благодаря видеофрагменту, сможем увидеть то, что в те далёкие годы увидел Герц.

Демонстрация видеофрагмента.

Вопросы:

• Что вы наблюдаете?

• Пластинка из какого была металла использована в опыте?

• Что происходило с цинковой пластинкой, заряженной отрицательно, при облучении ее ультрафиолетовым светом?

• Наблюдалось ли подобное явление при облучении пластины ультрафиолетовым

• светом, проходящим через стекло?

• Как называется явление, которое вы пронаблюдали?

Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым. Наиболее полное исследование явления фотоэффекта было выполнено Ф. Ленардом в 1900 г. К этому времени уже был открыт электрон

(1897 г., Дж. Томсон), и стало ясно, что фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света.

Согласно гипотезе М. Планка, электромагнитная волна состоит из отдельных фотонов и излучение происходит прерывно – квантами, фотонами. Таким образом и поглощение света должно происходить также прерывно – фотоны передают свою энергию атомам и молекулам вещества целиком.

Одним из подтверждений правильности квантовой теории было объяснение

Альбертом Эйнштейном явления фотоэффекта.

Демонстрация явления на интерактивной модели «Фотоэффект»

Явление фотоэффекта и поведение электронов объясняется на модели установки и по рисунку.

Фототок есть при отсутствии напряжения между катодом и анодом.

Чтобы фототок прекратился, надо приложить задерживающее напряжение, (изменив полярность).

(На интерактивной модели учитель демонстрирует ситуации наличия и отсутствия фототока, меняя полярность, меняя частоту и освещенность, обращая внимание учащихся на поведение электронов.)

Количественные закономерности фотоэффекта:

1. Сила тока насыщения (фактически, число выбиваемых с поверхности электронов за единицу времени) прямо пропорциональна интенсивности светового излучения, падающего на поверхность тела.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3. Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты ν_кр, то фотоэффект не наблюдается (достигается т. н. красная граница фотоэффекта).

1905 г. Эйнштейн – объяснил законы фотоэффекта
Исходя из закона сохранения и превращения энергии, Эйнштейн математически записал уравнение для энергетического баланса при внешнем фотоэффекте:

– энергия фотона, которая идет на работу выхода А электрона из металла и сообщение ему кинетической энергии.

Задерживающее напряжение:
Работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для выхода электрона из вещества. 
За уравнение для фотоэффекта в 1921 году Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия.

Квантовая теория дает следующие объяснения законам фотоэффекта.

При увеличении интенсивности монохроматического излучения растет число поглощенных металлом квантов, а следовательно и число вылетающих из него электронов, поэтому фототок прямо пропорционален интенсивности излучения (1 закон).
Из уравнения Эйнштейна видно, что кинетическая энергия вылетающих электронов зависит только от рода металла, состояния его поверхности и частоты (или длины волны) излучения, то есть величины энергии квантов и не зависит от интенсивности излучения (2 закон).

Если величина энергии квантов меньше работы выхода, то при любой интенсивности излучения электроны вылетать не будут (3 закон).

Красной границей фотоэффекта называют минимальную частоту света, ниже которой фотоэффект не наблюдается:

Эта граница для разных веществ различна, так как работа выхода зависит от рода вещества. При этом кинетическая энергия электронов равна нулю.

Применение фотоэффекта.

Открытие фотоэффекта имело очень большое значение для более глубокого понимания природы света. Но ценность науки состоит не только в том, что она выясняет сложное и многообразное строения окружающего нас мира, но и в том, что она даёт нам в руки средства, используя которые можно совершенствовать производство. Улучшать условия материальной и культурной жизни общества.

1)вакуумный фотоэлемент

2) полупроводниковые фотоэлементы

1. Закрепление.

Вопросы: 

1. В чем заключается явление фотоэффекта?

2. Сформулируйте экспериментальные законы фотоэффекта

3. Что такое красная граница фотоэффекта?

4. Напишите уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и условие его выполнения.

5. Применение фотоэффекта.

1. Решение задачи у доски.

Излучение с длиной волны λ= 300 нм падает на вещество, для которого красная граница фотоэффекта νmin = 4,3·10¹⁴ Гц. Определите кинетическую энергию фотоэлектронов и задерживающее напряжение.

1. Первичный контроль знаний учащихся:
   
   

Правильные ответы.

1 вариант: 1-Б, 2-В, 3-А, 4-Б, 5-А.

2 вариант: 1-В, 2-Б, 3-Б, 4-В, 5-А.

1. Взаимопроверка.

2. Подведение итогов. Выставление оценок. Домашнее задание §6.4-6.5

3. Рефлексия.

Учитель: Предлагает проанализировать свою деятельность на уроке (2 звезды - одно пожелание)

• Сегодня на уроке я научился:

• Сегодня на уроке мне понравилось:

• Сегодня на уроке мне не понравилось: