"зарождение квантовой физики. фотоэффект"

Разработка открытого урока по физике в 11 классе.

Тема:» Зарождение квантовой физики. Фотоэффект»

Цель урока: Этапы зарождения квантовой физики. Фотоэффект. Объяснение явления на основе квантовых представлений.

Выработка материалистического представления о мире. Привитие интереса к предмету.

Тип урока: объяснение нового материала.

Метод: постановка проблемной ситуации решение её на основе эксперимента.

Оборудование: Электрометр, с цинковой пластиной, машина Уимшерса , Стеклянные палочки, стекло, электрическая дуг а

Содержание урока

1. Организационный момент

2. Повторение ранее изученного материала, в целях активизации мыслительной деятельности.

3. Ознакомление с новой темой.

4. Проверка усвояемости материала. Закрепление материала.

5. Домашнее задание.

6. Итоги урока, оценки.

Конспект урока

Организационный момент: Здравствуйте, ребята. На предыдущих уроках мы рассматривали структуру света. Говорили о квантово- волновом дуализме света. Рассмотрели волновые свойства светового излучения. Сегодня ,мы посмотрим на свет с другой точки зрения.

Повторение материала. Активизация мыслительной деятельности:

Учитель: Итак, прежде, чем перейти к изучению новой темы, повторим материал, к которому мы будем сегодня неоднократно обращаться.

Идет повторение материала предыдущей темы.

( повторение проходит с использованием интерактивной доски. На экране флипчарт : Вопросы частично затушеванные. С помощью эффекта « Стерки» ученики имеют возможность проверить правильность своего ответа)

Вопросы для повторения:

1Какие виды электромагнитных волн мы знаем?

2Что является источником электромагнитного излучения?

3 Основные отличия электромагнитных волн друг от друга?

4 Какое электромагнитное излучение называется видимым?

5 Ультрафиолетовое излучение. Характеристики.

6 В чем состоит квантово- волновой дуализм света?

7 Перечислить волновые свойства света.

Ознакомление с новой темой:

Учитель ставит перед учениками цель.

Учитель: Итак, согласно квантово- волновому дуализму свет имеет двойную структуру. С волновыми свойствами света, которыми он обладает при распространении , мы познакомились. Цель нашего сегодняшнего урока выяснить природу света при его взаимодействии с веществом. Рассмотреть природу излучения и поглощения света атомами. Эта проблема является одной из основных в разделе» Квантовая физика» , к изучению которой мы с вами приступаем сегодня.

(Учитель объявляет тему урока, предлагает записать тему в тетрадях.)

Учитель: Обратимся к истории ( На экране идет демонстрация фильма о зарождении квантовой физики)

Учитель делает вывод: В начале 20 века было открыто множество экспериментов, которые не возможно было объяснить с точки зрения волновых представлений о свете, с точки зрения статистической физики и Максвеловской электродинамики. Наступило время очередного противоречия между теорией и экспериментом.

Выход нашел Ученый Макс Планк в 1900 году путем введения в физику принципиально новой идеи.

( На экран проектируется портрет Планка)

В 1900 году Планком была предложена смелая для тех времен идея о дискретной структуре света: Атомы излучают свет не непрерывно, а дискретно, отдельными порциями- квантами. Каждый квант излучения несет энергию, прям о

пропорциональную частоте излучаемого атома.

Учитель предлагает найти формулу в учебнике, записать в тетрадь и проанализировать с точки зрения математических зависимостей

Е = hv =h где h=6.62 *10^-34Жд *с. H- постоянная Планка.

(Формула записывается на доске)

Учитель: На основе теории Планка удалось теоретически обосновать одно из главных явлений, изучаемых в разделе явление Фотоэффекта.

1887 год Герц. Открытие явления.

Обратимся к эксперименту. Внимание на демонстрационный стол.

На столе приборы. Перечислим их, вспомним основное предназначение.

( Учитель перечисляет приборы , ученики называют прибор и предназначение)

1. Электроскоп с цинковой пластиной.

(Определение степени заряженности тела по углу отклонения стрелки прибора)

2.Электрофобная машина. Машина Уимшерса. Служит для получения устойчивого электрического заряда.

Вопрос:» Как определить знак заряда?

Ответ: Используя стеклянную палочку, которая при трении заряжается положительно.

Учитель: Проведем эксперимент. С помощью машины Уимшерса получим заряд на султанах, стеклянной палочкой определим отрицательный заряд и перенесем часть отрицательного заряда на цинковую пластину. По отклонению стрелки электроскопа можно судить о величине заряда.

Вопрос: Что значит зарядить пластину отрицательным зарядом?

Ответ: Передать пластине избыточное количество электронов.

Демонстрация: Освещение пластины светом электрической дуги. Наблюдение за стрелкой электроскопа.

Вывод: Стрелка Вернулась на нулевое деление, электроскоп под действием света разрядился .Под действием света пластину покинули избыточные электроны.

Учитель повторяет эксперимент, заряжая пластину положительным зарядом.

Вывод: Пластину покидают только электроны.

Делается общий вывод .Ученика предлагается дать определение явлению.

Определение: Фотоэффект- явление вырывания светом электронов с поверхности вещества.

Проверяется правильность вывода с помощью учебника. Определение записывается на доске и тетрадях учеников.

Ученикам предлагается объяснить: Почему под действием света разряжается только отрицательная пластина?

( Если ученики затрудняются, учитель комментирует сам)

Учитель: Особенности этого явления были позже изучены Столетовым Александром Григорьевичем. Столетов установил 3 закона, получившие название « Законов Столетова».

( На экран проектируется портрет ученого)

Учитель: Ответим на несколько вопросов, а именно:

1. От чего зависит число электронов, покинувших пластину за единицу времени.

2. От чего зависит скорость электронов, покидающих пластину.

Демонстрация: Повторение опыта по фотоэффекту с изменением расстояния до пластины и с уменьшением интенсивности света

Вывод( предлагается сделать ученикам): Скорость разрядки зависит от расстояния до источника, от интенсивности светового потока. Чем больше интенсивность, тем быстрее разряжается электроскоп, следовательно, большее количество электронов покидают пластину за единицу времени.

Учитель предлагает обратиться к опыту Столетова. ( На экран проектируется установка опыта Столетова) Учитель комментирует установку. Комментирует наблюдаемое явление. Ученикам предлагается сделать вывод: Столетов установил зависимость величины фототока от напряжения. Учитель предлагает ученикам сделать вывод, используя график зависимости фототока от напряжения (ученикам заранее раздаются графики)

Вместе с учениками разбираются основные точки на графике.

Вывод: При разности потенциалов равном нулю, при отсутствии электрического поля между электродами, величина фототока отлична от нуля.

Это могло означать только одно: Некоторые электроны достигали поверхности анода под действием собственной кинетической энергии, которую они получили от энергии кванта света

При увеличении разности потенциалов между электродами сила тока плавно росла, но при определенном значении напряжения сила фототока увеличиваться прекращалась

Вывод: Поверхность катода под действием света покинули все электроны.

Дается определения фототока насыщения. Определение записывается в тетради.

Делается вывод о том, что величина фототока прямопропорциональна интенсивности светового потока. На доске предлагается математическая зависимость количества электронов от величины фототока. Дается формулировка первого закона Столетов

Учитель: Ответим на второй вопрос» От чего зависит скорость электронов, покидающих пластину, под действием света

Повторяется демонстрация эксперимента, с использование стекла в качестве ширмы для световых лучей.

Вывод: фотоэффекта не произошло.

Учитель предлагает проанализировать опыт: чем отличается данный эксперимент от предыдущего? Делается вывод, что фотоэффекта не произошло из-за стекла, который не пропускает ультрафиолетовую часть спектра. Т.Е. фотоэффект зависит от частоты падающего света.

Учитель предлагает вновь обратиться к опыту Столетова. Рассматривается эксперимент при обратной полярности электродов в установке Столетова.

Ученики обращаются к графику. Делают вывод, что при определенном значении напряжения ток в цепи равен нулю. Дается определение запирающего напряжения.

Ученикам предлагается математическое доказательство зависимости запирающего напряжения, а следовательно скорости электронов от частоты падающего на катод света.

Формулируется второй закон Столетова. Определение записывается в тетради.

Учитель поясняет, что для каждого вещества существует свое наименьшее значение частоты падающего света, при котором происходит фотоэффект. Вводится понятие Красной границы фотоэффекта. Записывается формула красной границы

Формулируется третий закон Столетова.

Учитель сообщает ученикам, что законы Столетова невозможно объяснить на основе волновых представлений о свете и легко можно объяснить на основе квантовых представлений: Каждый электрон покидает поверхность вещества под действием энергии одного кванта света, пропорциональной его частоте. При малых частотах кванту света не хватит энергии для вырывания электрона.

Закрепление и подведения итогов урока

Учитель повторяет основные моменты урока. Выделяет главные моменты в теме, указывает, на что особо требуется обратить внимание учеников. Предлагает ответить на ряд вопросов.

1. Как изменится кинетическая энергия электронов, вырванных светом с поверхности вещества, если, не изменяя частоты облучающего света, увеличить энергию светового потока.

2. Как изменится величина силы фототока, при увеличении частоты света, падающего на катод.

3. Частота облучаемого света возросла. Как изменится величина запирающего напряжения:.

Итоги урока.

Учитель выставляет оценки активным учащимся. Оценки комментируются. Дается домашнее задание.

Учить уроки можно вечно,

Вселенная ведь бесконечна.

Спасибо всем нам за урок.

А главное, чтоб был он впрок.