Методическая разработка презентации к занятию по теме: " Фотоэффект" по физике для студентов 1 курса СПО

Квантовая физика- раздел современной физики, в котором изучаются свойства, строение атомов и молекул, движение и взаимодействие микрочастиц.

Тело, которое при любой неразрушающей его температуре

полностью поглощает всю энергию падающего на него света

любой частоты, называют абсолютно черным телом (АЧТ).

Модель абсолютно черного тела - небольшое отверстие в ящике сферической формы.

• АЧТ – идеализация.
• АЧТ – наиболее интенсивный источник теплового излучения.
• Излучение АЧТ определяется только его температурой .

Закон Стефана-Больцмана

• интегральная светимость R (T) абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры T: R (T) = σT 4
• σ = 5,671·10 –8  Вт / (м 2  · К 4 ).

Спектральное распределение r(λ, T) излучения черного тела при различных температурах

Закон смещения Вина

Длина волны λ m , на которую приходится максимум энергии излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна абсолютной температуре T λ m T = b    или    λ m  = b / T.

b = 2,898·10 –3   м·К - постоянная Вина

Распределение энергии излучения в спектрах АЧТ(при Т = 6 200К) и Солнца.

Гипотеза Планка: процессы излучения и поглощения электромагнитной энергии нагретым телом происходят не непрерывно, а конечными порциями – квантами. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом.

• E = h ν ,
• h = 6,626·10 –34  Дж·с- постоянная Планка

Частица вещества

Частица электромагнитного поля (фотон)

m 0 ≠ 0

m 0 не существует. Не имеет массы покоя.

v

v = c

Могут при взаимодействии изменять скорость, двигаться а ускорением

Обладают энергией

При взаимодействии с веществом поглощаются и излучаются

Обладают энергией

Имеют электрический заряд или не имеют электрического заряда

Не имеют электрического заряда

Выполняются законы сохранения энергии и импульса

Модель

• При фотоэффекте электрон покидает катод.
• Фототок возникает практически одновременно с освещением фотокатода (Столетов – до t = 1 0 -3 c, теперь до t = 10 -9 c.)
• Фототок подчиняется закону Ома. I Н – определяется числом фотоэлектронов, вырываемых из катода за 1 сек.
• Фототок существует и тогда, когда в цепи нет источника тока.
• Что бы фототок стал равным нулю, нужно приложить задерживающее напряжение U з .
• Измерив U з , можно определить максимальное значение скорости фотоэлектронов.

I

I н – фототок насыщения

U

U з – задерживающее напряжение

 ν min . " width="640"

Законы фотоэффекта:

• Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности.
• Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, т. е. наименьшая частота ν min ( λ max ), при которой еще возможен внешний фотоэффект.
• Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с ( фототок насыщения ) , прямо пропорционально интенсивности света.
• Фотоэффект практически безынерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν  ν min .

«Сама электромагнитная волна состоит из отдельных порций – квантов.»

А. Эйнштейн.

где E’ – энергия электрона, которая тратится на нагревание вещества, происходящее из-за случайных столкновений электронов в веществе, если электрон находится на глубине вещества.

A – работа выхода.

E k - кинетическая энергия электрона, покинувшего вещество.

Если электрон выбивается с поверхности металла, то E’ = 0 :