Открытый урок "Открытие фотоэффекта, его особенности и применение"

Открытие фотоэффекта, его особенности и применение.

Цель: дать понятие о фотоэффекте и разъяснить содержание его законов. Объяснить законы фотоэффекта на основании квантовых представлений. Уравнение Эйнштейна – закон сохранения энергии. Развитие самостоятельности работы, формирование познавательного интереса к практическому применению, развитие творческих способностей учащихся.

План

I.Открытие явления фотоэффекта

II.Законы фотоэффекта

III.Применение фотоэффекта

1. Актуализация имеющихся знаний

2. Что такое фотон?

3. С какой скоростью движутся фотоны?

4. Какие физические величины характеризуют фотоны?(назовите три)

5. Чему равна энергия кванта света?

6. Назовите формулу массы фотона?

7. Назовите формулу импульса фотона?

8. Может ли фотон иметь энергию ?

9. Свяжите в одну формулу физические величины ν и λ

Теперь можно перейти к изучению новой темы:

Фотоэффект

Современный мир, очень нуждается в новых альтернативных источниках энергии. И на сегодняшний день один из самых популярных источников, экологически чистых источников – фотоэффект. В декабре 2011 г. Открыта крупнейшая в мире электростанция «Перово» (100 МВт).

Осуществила этот проект австралийская компания Acvil Solap. 440 тысяч солнечных батарей на площади в 20 га. – пиковые нагрузки Симферополя, сократились выбросы на 105 тысяч тон в год. Строительство все еще продолжается. На чем основано действие таких альтернативных источников электроэнергии. Более 100 лет прошло с момента открытия фотоэффекта, а его мировое применение стало возможным сравнительно недавно.

Итак, в 1887 г. Генрих Герц впервые наблюдает фотоэффект – вырывание заряженных частиц с поверхности металла. Но объяснить его не может Русский ученый А.Г. Столетов. Экспериментально проверяет фотоэффект, устанавливает I закон фотоэффекта. Эйнштейн устанавливает II закон. Возникает вопрос, почему же именно Эйнштейну в 1922 году Нобелевский комитет присудил премию и именно за фотоэффект, а не за теорию относительности. Мы с вами прошли дорогой открытий ученых, оценили вклад каждого ученого в открытие и объяснение законов.

Фотоэффект – явление вырывания с поверхности металла.

Начнем с опыта:

Герц: наблюдает фотоэффект:

1.меняеет пластины, летят ē

2. эбонит на стекло

3. Закрывает стеклом источник

Столетов – создает свой прибор для наблюдений фотоэффекта

Приборы:

Фиксируют напряжение, силу фото – тона.

Столетов детально изучает ВАХ,

рисует график.

U = 0, а фототон I≠0

Часть электронов не достигает А, летит вбок

U ↑I ↑ и достигает насыщения, все е выбитые в единицу времени достиг А

Столетов меняет + и - :

Быстрые достигают А, а медленные возвращаются. Затем U

В следующем опыте Столетов меняет интенсивность излучения; увеличивая количество световых квантов к единице времени и получил первый закон I закон.

Фотон насыщения прямо пропорционален интенсивности света, падающего на катод.

Меняем светофильтры:

И получаем II закон

Максимальная начальная скорость фотоэлементов не зависит от интенсивности, а зависит от λ и ν падающего света.

Для каждого вещества существует своя, min частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой, он невозможен. Вытекает 2 существенных вида.

Следствие из 3 закона:

Внешний фотоэффект – электроны вылетают за пределы вещества.

Внутренний фотоэффект – отрываются от поверхности «выпадают», так как не имеют начальной скорости. А оторваться не так – то просто, ведь пластина постепенно приобретает +, а значит, электронная полярность удерживает свободные электроны.

Законы выделяют просто по форме. Но загадочно выглядит зависимость от частности и безинерунальность фотоэффекта. Этого Столетов объяснить не смог.

Свет - это электромагнитная волна, тогда энергия электромагнитной волны должна некоторое время раскачивать е, а потом его вырывать, но на это надо время, а в опыте, ток рождается мгновенно, через с.

Чем больше интенсивность, тем больше амплитуда волны; тогда фототон, должен зависить не от частоты, а от амплитуды (красный, желтый, зеленый – ν)

В 1905 году Эйнштейн предложил теорию, которая объяснила сразу все совокупности экспериментальных фактов о фотоэффекте. Развив и углубив идеи Макса Планка, Эйнштейн пришел к выводу, что свет должен не только излучаться, но и поглощаться веществом, распространятся в виде порций энергии – квантов электромагнитного поля, фотов.

Эйнштейн считал, что при взаимодействии с веществом, фотон предает свою энергию не веществу, а свободному электрону и при этом только одному, после чего «погибает» «исчезает», отдает энергию целиком. Энергия расходится на А выхода и энергию движения – кинетическую энергию е.

Видеоролик , вопрос стр. 301

Записывается закон сохранения энергии в виде hν = +

V зависит только от частоты и не зависит от интенсивности. Раскачивать электрон не надо, фотоэффект возникает мгновенно.

Внутренний фотоэффект hν= ν=

=

Λ – красная граница фотоэффекта

Ue = для электрического поля

Энергия в Дж и еU(эВ)

Ue = =

=

≈ λ цвета

Значение зависит от частоты и λ

Интенсивность прямо пропорциональна числу фотонов и энергии каждого из них hν. Число вырывающихся е, возрастает пропорциональности интенсивности - n(первый закон фотоэффекта.)

Премия А.Эйнштейна была вручена « за открытие закона фотоэффекта за работу в разделе теоретической физики».

Справедливо ли Эйнштейн получил премию?

Применение: видеоролик.

Составим «Паспорт» физического явления – Фотоэффекта

ПАСПОРТ ФИЗИЧЕСКОГО ЯВЛЕНИЯ

Имя

Фамилия

Год рождения

Национальность

Отцы

Место рождения

Отпечатки пальцев

Дети

Профессия

6. Рефлексия

Многие из вас видели популярное ток – шоу «5 копеек», на весы каждый отвечающий кладет 5 копеек, отвечая на вопрос «Справедливо ли получил Нобелевскую премию Альберт Эйнштейн за фотоэффект и работу в области теории относительности?»

Свой ответ обосновать «за» или «против» начиная свой ответ со следующей фразы:

• Сегодня я узнал __________________________________

• Было интересно __________________________________

• Я понял, что _____________________________________

• Я научился ______________________________________

• Меня удивило ____________________________________

• Мне понравилось _________________________________

• Мне захотелось ___________________________________

• Урок дал мне _____________________________________

• Материал урока был мне ___________________________

• Своей работой на уроке я ___________________________

• Теперь я знаю _____________________________________

Домашнее задание: прочитать параграф «Фотоэффект и его применение», выучить законы, выполнить экспериментальное задание.

Вопрос к экспериментальному заданию: «Почему современные мобильные телефоны работают от аккумуляторов, а не от фотоэлементов?»