Конспекты уроков по физике в 11 классе

Физика 11 класс

Дата проведения:_____________

Тема урока: Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Уравнение

Эйнштейна для фотоэффекта.

Цель урока: Сформировать представления о фотоэффекте и изучить его законы.

Задачи:

Образовательные: показать, что идеи квантовой физики формировались сложным путем, что понятия квантовой физики представляют собой систему знаний, все звенья которых находятся во взаимной связи. Сформировать у учащихся представления о фотоэффекте и изучить его законы; ознакомить с научной деятельностью А.Г. Столетова; сформировать понятие кванта энергии, расширить представления учащихся об области применения закона сохранения энергии; развивать познавательную активность школьников с помощью проблемных вопросов; Развивающие: Научить видеть вокруг физические явления и уметь их

Развивающие: научить видеть вокруг физические явления и уметь их правильно объяснять; формирование умений проводить обобщения; развитие мыслительной деятельности учащихся.

Воспитательные: воспитание внимательности, познавательного интереса к предмету; расширить кругозор, формирование умения строить логическую цепочку рассуждений; воспитание гордости за своих соотечественников.

ХОД УРОКА.

1. Оргмомент.

2. Актуализация и мотивация знаний

1) Проведение теста-контроля по пройденному материалу.

А1. Отдельная порция электромагнитной энергии, поглощаемая атомом называется:

1. джоулем;

2. электрон-вольтом;

3. квантом;

4. электроном.

А2. Гипотезу о том, что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями, выдвинул:

1) М. Фарадей;

2) Д. Джоуль;

3)М. Планк;

4)А. Эйнштейн.

А3. Импульс фотона определяется формулой:

1) p=h/λ;

2)E=hν ;

3) V=S/t;

4)m= hν/ c² ;

А4. Энергия кванта пропорциональна:

1) длине волны;

2) времени излучения;

3) скорости кванта

4)частоте колебаний;

А5. Энергия фотонов при уменьшении длины световой волны в 2 раза

1) уменьшается в 2 раза;

2) увеличивается в 2 раза;

3)уменьшается в 4 раза ;

4) увеличивается в 4 раза

В. Если энергия первого фотона в 4 раза больше энергии второго , то отношение импульса первого фотона к импульсу второго фотона равна: 4

2) Выполняется у доски задача.

С. Найти длину волны фотона, у которого импульс равен 10 кг м /с. Чему равна энергия этого фотона?

Дано:

Р=10кг м/с

h=6.63 10^-34Дж с

с=3 10⁸м/с .

λ-? Е-?

Решение:

1) Е=hν=hc/λ

ν=c/λ, отсюда имеем:

р=mc=hν/c=h/λ. отсюда λ=h/p/

λ=6.63 10^-34Дж с/10 кг м /с=6.63 10^-35 м

2) Е=(6.63 10^-34Дж с 3 10⁸м/с)/ 6.63 10^-35 м=3 10⁹ Дж.

Ответ :6,63*10-35м; 3*10*9 Д

3) Фронтальный опрос

1.В чём суть гипотезы М. Планка?

Свет может излучаться отдельными порциями световой энергии-квантами или фотонами.

2.От чего зависит энергия кванта излучения?

энергия кванта излучения зависит от частоты излучения

3.Докончить предложение: Фотон это…

- световой квант. Фотоном можно назвать и квант любых электромагнитных волн

4. Как зависит масса движущегося фотона от частоты света?

с увеличением частоты света, масса увеличивается

5. Единица измерения импульса фотона?

Дж с/м

1. Изучение нового материала

В начале 20-го века в физике произошла величайшая революция. Попытки объяснить наблюдаемые на опытах закономерности распределения энергии в спектрах теплового излучения оказались несостоятельными. Законы электромагнетизма Максвелла неожиданно «забастовали». Противоречия между опытом и практикой были разрешены немецким физиком Максом Планком.

1. Гипотеза Макса Планка: атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями – квантами. Энергия Е каждой порции прямо пропорциональна частоте ν излучения света: E = hν.

2. Коэффициент пропорциональности получил название постоянной Планка, и она равна:

h = 6,63 ∙ 10^-34 Дж∙с.

После открытия Планка начала развиваться самая современная и глубокая физическая теория – квантовая физика.

1. Квантовая физика - раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.

2. Явление вырывания электронов из вещества под действием света называется внешним фотоэлектрическим эффектом.

Законы фотоэффекта были установлены в 1888 году профессором московского университета Александром Григорьевичем Столетовым.

Схема установки для изучения законов фотоэффекта

1. Первый закон фотоэффекта: фототок насыщения - максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из вещества за единицу времени, - прямо пропорционален интенсивности падающего излучения.

Зависимость силы тока от приложенного напряжения

Увеличение интенсивности света означает увеличение числа падающих фотонов, которые выбивают с поверхности металла больше электронов.

1. Второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения и линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения.

2. Третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует граничная частота такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения. Эта минимальная частота излучения называется красной границей фотоэффекта.

hν_min = A_в

где А_в – работа выхода электронов;

h – постоянная Планка;

ν_min - частота излучения, соответствующая красной границе фотоэффекта;

с – скорость света;

λкр – длина волны, соответствующая красной границе_.

Фотоэффект практически безынерционен: фототок возникает одновременно с освещением катода с точностью до одной миллиардной доли секунды.

1. Работа выхода – это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл.

Для большинства веществ фотоэффект возникает только под действием ультрафиолетового облучения. Однако некоторые металлы, например, литий, натрий и калий, испускают электроны и при облучении видимым светом.

Известно, что фототоком можно управлять, подавая на металлические пластины различные напряжения. Если на систему подать небольшое напряжение обратной полярности, "затрудняющее" вылет электронов, то ток уменьшится, так как фотоэлектронам, кроме работы выхода, придется совершать дополнительную работу против сил электрического поля.

9 ) Задерживающее напряжение - минимальное обратное напряжение между анодом и катодом, при котором фототок равен нулю.

Задерживающее напряжение

10)Максимальная кинетическая энергия электронов выражается через задерживающее напряжение:

где  - максимальная кинетическая энергия электронов;

Е – заряд электрона;

 – задерживающее напряжение.

Теорию фотоэффекта разработал Альберт Эйнштейн. На основе квантовых представлений Эйнштейн объяснил фотоэффект. Электрон внутри металла после поглощения одного фотона получает порцию энергии и стремится вылететь за пределы кристаллической решетки, т.е. покинуть поверхность твердого тела. При этом часть полученной энергии он израсходует на совершение работы по преодолению сил, удерживающих его внутри вещества. Остаток энергии будет равен кинетической энергии:

Физкультминутка ( выполнить упражнения для спины, для рук, для глаз)

4. Закрепление изученного материала

Задача 1. Монохроматический свет с длиной волны λ падает на поверхность металла, вызывая фотоэффект. Фотоэлектроны тормозятся электрическим полем. Как изменятся работа выхода электронов с поверхности металла и запирающее напряжение, если уменьшить длину волны падающего света?

Решение:

Работа выхода - это характеристика металла, следовательно, работа выхода не изменится при изменении длины волны падающего света.

Запирающее напряжение - это такое минимальное напряжение, при котором фотоэлектроны перестают вылетать из металла. Оно определяется из уравнения:

Следовательно, при уменьшении длины волны падающего света, запирающее напряжение увеличивается.

Ответ:

Задача 2. Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода λ₀ = 290 нм. При облучении катода светом с длиной волны λ фототок прекращается при напряжении между анодом и катодом U = 1,5 В. Определите длину волны λ.

Решение.

Запишем уравнение для фотоэффекта через длину волны:

Условие связи красной границы фотоэффекта и работы выхода:

Запишем выражение для запирающего напряжения – условие равенства максимальной кинетической энергии электрона и изменения его потенциальной энергии при перемещении в электростатическом поле:

Решая систему уравнений (1), (2), (3), получаем формулу для вычисления длины волны λ:

Подставляя численные значения, получаем: λ ≈ 215 нм.

Ответ: λ ≈ 215 нм.

5 .Итоги урока

6. Домашнее задание

1) Прочитать параграф

2) Выучить понятия, определения, формулы по данной теме.

3) Решить задачи.

1) Найдите работу выхода электрона из металла, если фотоэффект начинается при частоте падающего света 6,4∙10¹⁴Гц.

2) Электрон выходит из цезия с кинетической энергией 3,2∙10^-19 Дж.  Какова длина волны света, вызывающего фотоэффект, если работа выхода равна 2,88∙10^-19 Дж?

7. Рефлексия.