Открытый урок по физике на тему "Фотоэффект. Применение фотоэффекта"

Урок 133-134 47 группа.

Тема: «Внешний фотоэлектрический эффект. Фотоны. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Применение фотоэффекта в технике».

Цель: Актуализировать представление о фотоэффекте. Познакомить с уравнением Эйнштейна.

Цели урока.

Образовательные: Сформировать у учащихся представление о фотоэффекте; расширить представления учащихся об области применения закона сохранения энергии, ознакомить с научной деятельностью А.Г. Столетова, подготовка к экзамену.

Развивающие: подготовить обучающихся к пониманию процессов и явлений, происходящих по законам квантовой физики; учить систематизировать учебный материал, выделяя доминирующие элементы; развивать умение работать с формулами при решении задач; творческих способностей у студентов.

Воспитательные: Воспитывать внимание, развитие лидерства в коллективе, умение брать на себя ответственность за микрогруппу, терпимости к суждениям товарищей, прививать интерес к предмету.

Структура урока.

Ход урока.

1. Организационный момент. Создание коллаборативной среды. Дерево ожиданий. Деление на группы (Ученые, величины, приборы, размерность).

Мы продолжаем изучать раздел “Квантовая физика”, постараемся выяснить какое действие оказывает свет на вещество и от чего зависит это действие. Но сначала мы повторим материал, пройденный на прошлом уроке.

Составление и защита кластера. Работа в группах по 4 человека.

1. Радиоволны.

2. ИК излучение.

3. УФ излучение.

4. Рентгеновское излучение.

1. Побуждение.

Лампа на столе включена и выключена, освещаем лист бумаги и дерево, металл.

1. Изучение нового материала.

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), и стало ясно, что фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света.

Согласно гипотезе М. Планка, электромагнитная волна состоит из отдельных фотонов и излучение происходит прерывно – квантами, фотонами. Таким образом и поглощение света должно происходить также прерывно – фотоны передают свою энергию атомам и молекулам вещества целиком.

О дним из подтверждений правильности квантовой теории было объяснение

Альбертом Эйнштейном явления фотоэффекта.

Демонстрация явления на интерактивной модели «Фотоэффект»

Явление фотоэффекта и поведение электронов объясняется на модели установки и по рисунку.

Фототок есть при отсутствии напряжения между катодом и анодом.

Чтобы фототок прекратился, надо приложить задерживающее напряжение, (изменив полярность).

(На интерактивной модели учитель демонстрирует ситуации наличия и отсутствия фототока, меняя полярность, меняя частоту и освещенность, обращая внимание учащихся на поведение электронов.)

Количественные закономерности фотоэффекта:

1. Сила тока насыщения (фактически, число выбиваемых с поверхности электронов за единицу времени) прямо пропорциональна интенсивности светового излучения, падающего на поверхность тела.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3. Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты ν_кр, то фотоэффект не наблюдается (достигается т. н. красная граница фотоэффекта).

1905 г. Эйнштейн – объяснил законы фотоэффекта
Исходя из закона сохранения и превращения энергии, Эйнштейн математически записал уравнение для энергетического баланса при внешнем фотоэффекте:

– энергия фотона, которая идет на работу выхода А электрона из металла и сообщение ему кинетической энергии.

Задерживающее напряжение:
Работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для выхода электрона из вещества. 
За уравнение для фотоэффекта в 1921 году Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия.

Квантовая теория дает следующие объяснения законам фотоэффекта.

При увеличении интенсивности монохроматического излучения растет число поглощенных металлом квантов, а следовательно и число вылетающих из него электронов, поэтому фототок прямо пропорционален интенсивности излучения (1 закон).
Из уравнения Эйнштейна видно, что кинетическая энергия вылетающих электронов зависит только от рода металла, состояния его поверхности и частоты (или длины волны) излучения, то есть величины энергии квантов и не зависит от интенсивности излучения (2 закон).

Если величина энергии квантов меньше работы выхода, то при любой интенсивности излучения электроны вылетать не будут (3 закон).

Кр асной границей фотоэффекта называют минимальную частоту света, ниже которой фотоэффект не наблюдается:

Эта граница для разных веществ различна, так как работа выхода зависит от рода вещества. При этом кинетическая энергия электронов равна нулю.

Применение фотоэффекта.

Открытие фотоэффекта имело очень большое значение для более глубокого понимания природы света. Но ценность науки состоит не только в том, что она выясняет сложное и многообразное строения окружающего нас мира, но и в том, что она даёт нам в руки средства, используя которые можно совершенствовать производство. Улучшать условия материальной и культурной жизни общества.

1)вакуумный фотоэлемент

2) полупроводниковые фотоэлементы

1. Закрепление. Синквейн- фотоэффект.

2. Решение задачи у доски.

Излучение с длиной волны λ= 300 нм падает на вещество, для которого красная граница фотоэффекта νmin = 4,3·10¹⁴ Гц. Определите кинетическую энергию фотоэлектронов.

1. Первичный контроль знаний учащихся:
   
   

Правильные ответы.

1 вариант: 1-Б, 2-В, 3-А, 4-Б, 5-А.

2 вариант: 1-В, 2-Б, 3-Б, 4-В, 5-А.

1. Взаимопроверка.

2. Подведение итогов. Выставление оценок- формативное и суммативное оценивание. Домашнее задание

3. Рефлексия :проанализировать свою деятельность на уроке (2 звезды - одно пожелание)

• Сегодня на уроке я научился:

• Сегодня на уроке мне понравилось:

• Сегодня на уроке мне не понравилось:

Или ПЛЮМИН

4