Фотоэффект (урок физики в 11 классе)

Раздел

Квантовая физика

Световые кванты

11

класс

Уроки

108-109

(1-2)

ФИЗИКА

Кодификатор ЕГЭ по физике - 2022

Спецификация ЕГЭ по физике - 2022

Впервые квантовые свойства материи были обнаружены при исследовании излучения и поглощения света

Видеоролик

«Наблюдение явления»

Опыт нельзя объяснить на основе волновой теории света: почему волны малой частоты не могут вырвать электроны даже при большой интенсивности освещения?

Вывод: с поверхности цинка электроны вырывает ультрафиолетовый свет, так как его частота больше, а значит и больше энергия каждого кванта

Раздел

Квантовая физика

Световые кванты

11

класс

Уроки

108-109

(1-2)

ФИЗИКА

1. От чего зависит число вырванных светом электронов (фотоэлектронов)?

2. Чем определяется скорость (кинетическая энергия) этих фотоэлектронов?

3. Какому закону подчиняется фотоэффект?

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).

1. От чего зависит число вырванных светом электронов (фотоэлектронов)?

2. Чем определяется скорость (кинетическая энергия) этих фотоэлектронов?

Принцип работы установки

1. Без освещения светом катода тока в цепи нет, т.к. нет носителей заряда.

2. При освещении светом катода возникает фототок даже при отсутствии разности потенциалов.

Задание 1 . Исследовать изменение I(U) при различных значениях светового потока.

Не изменяя частоту света, поменяйте мощность излучения (световой поток).

1. Что происходит с током насыщения?

2. Что происходит с запирающим напряжением?

Ф 1 ν 1 = ν 2 Сила тока насыщения и, следовательно, число выбитых светом за 1 с электронов увеличивается: I нас2 I нас1 Значение запирающего напряжения U з не меняется! " width="640"

Зависимость числа выбитых электронов от светового потока.

Световой поток, падающий на фотокатод увеличивается, а его спектральный состав остается неизменным:

Ф 2 Ф 1

ν 1 = ν 2

Сила тока насыщения и, следовательно, число выбитых светом за 1 с электронов увеличивается: I нас2 I нас1

Значение запирающего напряжения U з не меняется!

Первый закон фотоэффекта:

фототок насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку

Задание 2. Получить зависимость I(U) . Выяснить физический смысл характерных точек

Установите синий или зеленый светофильтр. Изменяя напряжение, рассмотрите получающуюся вольтамперную характеристику.

1. Наблюдается ли ток при U=0 ?

2. Что происходит с силой тока при дальнейшем увеличении U ?

3. Что происходит при смене полярности?

Анализ вольт-амперной характеристики

• Начиная с некоторого значения напряжения сила тока в цепи перестает изменяться, достигнув насыщения.

Сила тока насыщения прямо пропорциональна числу электронов, выбитых светом за 1 с с поверхности катода:

I 0

При ,

следовательно, выбитые электроны обладают кинетической энергией.

U з в результате облучения электроны, выбитые из электрода, могут достичь противоположного электрода и создать некоторый начальный ток. " width="640"

Анализ вольт-амперной характеристики.

При таком значении напряжения сила тока в цепи анода равна нулю.

Напряжение запирания (запирающее напряжение)

I 0

При U U з в результате облучения электроны, выбитые из электрода, могут достичь противоположного электрода и создать некоторый начальный ток.

Изменим полярность батареи

1. При увеличении обратного напряжения сила тока уменьшается.

2. При некотором U з значение I=0

3. Вывод: электрическое поле тормозит вырванные светом электроны и возвращает их на электрод.

4. По теореме об изменении

кинетической энергии

5. При изменении интенсивности света задерживающее напряжение не изменяется, следовательно, не меняется Е к .

6. Кинетическая энергия фотоэлектронов Е к зависит только от частоты света.

Второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте света и не зависит от его интенсивности

Задание 3. Исследовать изменение I(U) при освещении светом различного спектрального состава.

Последовательно меняйте светофильтры.

1. При любой ли длине волны (частоте) падающего света наблюдается фотоэффект? Чему равно запирающее напряжение при минимальной частоте (максимальной длине волны?

2. Как меняется запирающее напряжение при увеличении частоты?

3. Как меняется ток насыщения при увеличении частоты?

Влияние спектрального состава света

• При частоте ν = ν min U з = 0 .
• При частоте ν

Если частоту света увеличить, то при неизменном световом потоке запирающее напряжение увеличивается, а, следовательно, увеличивается и кинетическая энергия фотоэлектронов.

Третий закон фотоэффекта:

для каждого вещества существует минимальная частота света (максимальная длина волны), ниже которой фотоэффект невозможен

В 1905 году Эйнштейн объяснил фотоэффект на основе квантовой гипотезы Планка: излученная порция световой энергии поглощается целиком.

Формула Эйнштейна для фотоэффекта

Физический смысл уравнения Эйнштейна для фотоэффекта: энергия кванта света расходуется на работу по вырыванию электрона из металла и на сообщение ему кинетической энергии

Работа выходов электронов

Единица измерения работы: