Урок физики "Явление фотоэффекта"

Тема урока: Явление фотоэффекта. Объяснение явления фотоэффекта. Формула Эйнштейна. Применение фотоэффекта в техники.

Цели урока:

Образовательные: сформировать у учащихся представление о фотоэффекте, расширить представления учащихся об области применения закона сохранения энергии, развивать познавательную активность школьников с помощью проблемных вопросов, исторического материала.

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

Воспитательные: воспитание коммуникабельности (умения общаться), внимания, активности, чувство ответственности, привитие интереса к предмету.

Вид урока: изучение нового материала.

Тип урока: комбинированный

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, компьютерная презентация “Фотоэффект”: краткие биографии ученых – М. Планк, А.Г. Столетов, А. Эйнштейн.

Наглядные пособия: презентация, сопровождающая различные этапы урока.

Межпредметные связи: математика, информатика.

План урока

1. Оргмомент.
На прошлом уроке было рассмотрена гипотеза Планка, свойства фотона.

2. Проверка домашнего задания.
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

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

Работа у доски

1.Записать формулу для вычисления кинетической энергии.

Ек=mv²/2

2. Записать формулу для вычисления работы электрического поля.

А=q U

3. Актуализация пройденного материала

Учитель: мы начали изучение раздела: “Квантовая физика”. Давайте побеседуем по пройденному материалу. Дайте ответы на следующие вопросы.

- В чём суть гипотезы Макса Планка?

(Свет может излучаться отдельными порциями световой энергии – квантами или фотонами)

- От чего зависит энергия кванта излучения и чему она равна?

(Энергия кванта излучения зависит от частоты излучения и определяется по формуле: E=hv)

- Чему равна постоянная Планка? (h=6,63·10^-34Дж·с)

- Что такое фотон?

(Фотоном называют световой квант. Фотоном можно назвать и квант любых электромагнитных волн)

- Какими свойствами обладает фотон?

(Фотон – элементарная частица, лишённая массы покоя и электрического заряда, но обладающая энергией и импульсом)

4.Изучение нового материала

Сегодня мы изучим интересное физическое явление – фотоэффект.

Запишите тему и подумайте над словом “фотоэффект”. Какой смысл несёт это слово?

Видно, что слово состоит из двух иностранных слов: фото и эффект. Как же они переводятся? Фото - от греческого - свет, а эффект – от латинского – действую. Дословно – действие света.

И сегодня наша задача объяснить: (слайд ). Презентация

- какое действие производит свет с веществом?

- каким физическим законам он подчиняется?

- какими математическими формулами выражается?

- от каких характеристик света и вещества зависит?

А выяснять мы будем следующим образом: я с помощью компьютера попытаюсь объяснить новый материал, затем вы сформулируете те закономерности, которым подчиняется фотоэффект, сделаете выводы, мы их обсудим и запишем.

Мы знаем что физика – это наука о природе и сейчас я хочу вам прочитать слова писателя Тютчева .

Не то, что мните Вы природа:
Не слепок, не бездушный лик, -
В ней есть душа, в ней есть свобода.
В ней есть любовь, в ней есть язык.

-Да у природы есть язык и на каждом уроке изучая явления, законы мы стараемся понять этот язык. Любое открытие закона проходит через следующие этапы .

Открытие, исследование и объяснение – эти этапы можно сопоставить с тремя датами. С какими именами связаны эти даты?

1887 год-Генрих Герц открыл явление фотоэффекта

1890 год - А.Г. Столетов установил количественные закономерности фотоэффекта

1905 год- Альберт Энштейн обосновал квантовую природу фотоэффекта и его закономерности.

Учитель: предлагаю прослушать исторические справки

/ учащиеся делают сообщения о ученых /

Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А.Г. Столетовым.

Схема эксперимента была такова: электрометр, с присоединенной к нему цинковой пластинкой, заряженной положительно, при освещении пластины, например электрической дугой, не влияет на быстроту разрядки электрометра. Но если пластину зарядить отрицательно, то световой пучок от дуги разряжает электрометр очень быстро.

Объяснить это можно единственным образом. Свет вырывает электроны с поверхности пластины. Если она заряжена отрицательно, электроны отталкиваются от нее и электрометр разряжается. При положительном заряде пластины вырванные светом электроны притягиваются к пластине и снова оседают на ней. Поэтому заряд электрометра не изменяется. Однако, когда на пути света поставлено обыкновенное стекло, отрицательно заряженная пластина уже не теряет электроны, какова бы ни было интенсивность излучения. Так как известно, что стекло поглощает ультрафиолетовые лучи, то из этого можно заключить, что именно ультрафиолетовый участок спектра вызывает фотоэффект.

(показывается видеофильм)

Учитель: Вопросы к классу по демонстрации:

Пластинка, из какого металла использована в опыте?

Что происходило с цинковой пластинкой, заряженной отрицательно, при облучении ее ультрафиолетовым светом?

Наблюдалось ли подобное явление при облучении пластины ультрафиолетовым светом, проходящим через стекло?

Наблюдалось ли явление, когда пластинка была заряжена положительно?

Как называется явление, которое вы пронаблюдали?

Учитель: запишите формулировку явления фотоэффекта в тетради.

Определение: явление вырывания электронов с поверхности твердых и жидких тел под действием излучений называется внешним фотоэлектрическим эффектом ( коротко – фотоэффект )

Развивая идеи Планка, Эйнштейн ввел гипотезу световых квантов, согласно которой электромагнитное излучение само состоит из таких квантов, и на ее основе объяснил, и сформулировал ряд закономерностей фотоэффекта.

Явление фотоэффекта показало, что свет имеет прерывистую структуру: излученная порциями световой энергии E = hν сохраняет индивидуальность и в дальнейшем.

Приобретая дополнительную порцию энергии, электрон получает возможность вырваться с поверхности металла, совершив определенную работу.

Работу, совершаемую для вырывания электрона с поверхности металла, называют работа выхода электрона.

Электрон, вырвавшись с поверхности тела, не останавливается, а совершает движение со скоростью υ , следовательно приобретает кинетическую энергию.

Таким образом согласно закону сохранения энергии, поглощенная порция энергии фотона E = hν затрачивается на работу выхода электрона А_вых и на его кинетическую энергию

Е _к = m_e v² / 2

Следовательно

Это уравнение называется формулой Эйнштейна

Это уравнение объясняет основные факты, касающиеся фотоэффекта.

Для каждого вещества фотоэффект наблюдается лишь в том случае, если частота света ν больше минимального значения ν_min. Чтобы вырвать электрон из металла даже без сообщения ему кинетической энергии, нужно совершить работу выхода . Работа выхода часто измеряется в электронвольтах. 1 эВ = 1,6·10 ^-19 Дж.

Следовательно, энергия кванта должна быть больше этой работы hν A. .

Предельную частоту ν_min. называют красной границей фотоэффекта.

Определение: предельно низкую частоту, или соответствующую ей длину волны света, при которой наблюдается явление фотоэффекта, называют красной границей фотоэффекта.

Учитель: Выясним, где фотоэффект нашел свое применение. Послушаем подготовленное сообщение: "Применение фотоэффекта"

5.Закрепление решение задач. Упражнение 39

6.Подведение итогов. Так или иначе, но Эйнштейну удалось показать, что квантовая теория имеет право на существование. Применяя, ее для объяснения все новых явлений он непрерывно увеличивал число ее сторонников. Последние сомнения в существовании световых квантов отпали.

7.Домашнее задание: § 49, 50