Фотоелектричний ефект і його закони. Кванти світла. Рівняння фото-ефекту

Тема. Фотоелектричний ефект і його  закони. Кванти світла.  Рівняння фотоефекту

Мета: Ознайомити учнів з явищем фотоефекту та його фізичною природою, розглянути теорію фотоефекту; розвивати логічне мислення, уміння давати аналіз фізичних величин, явищ, закріпити вміння вибирати головне з додаткової літератури;сприяти професійній орієнтації учнів. Виховувати почуття відповідальності, вміння донести інформацію у певній логічній послідовності, працювати з аудиторією, вміння поважати думку однокласників.

Обладнання: установка з цинковою пластинкою. Опорні конспекти з теми. Картки  з питаннями.

План уроку

1. Актуалізація опорних знань. (Мозковий штурм).
2. Викладення нового матеріалу (лекція), з використанням опорного

конспекту.

3. Закріплення (Робота в парах)
4. Домашнє завдання.

Методичні рекомендації. Даний урок є першим з розділу « Квантова фізика», а тому є необхідність  повторити  хвильові властивості світла та повторити визначення інтерференції, дифракції, дисперсії, поляризації. Далі - ознайомити учнів з особливостями даного розділу, протиріччями, які виникли у фізиці на початку ХХ століття. Електродинаміка Максвелла приводила до сумнівного висновку, що нагріте тіло безперервно втрачає енергію внаслідок випромінювання електромагнітних хвиль, а тому воно мало б охолонути до абсолютного нуля. За класичною теорією теплова рівновага між речовиною і випромінюванням неможлива. Проте щоденний досвід показує, що насправді немає нічого подібного. Нагріте тіло не витрачає всієї енергії на випромінювання електромагнітних хвиль.

Необхідно звернути увагу на  історичну необхідність зародження квантової фізики та  ролі М.Планка. А учням заздалегідь запропонувати  підготувати презентацію про М.Планка (до 5 хвилин).

На початку уроку демонструється дослід з цинковою пластинкою:

а) цинковій пластинці надається негативний заряд і діють на неї випромінюванням електричної дуги

б)пластинка заряджається позитивно, при цьому ніякої зміни заряду пластинки помітити не вдається.

 Проблемне питання:

Чому  в  першому  випадку пластинка швидко розряджається, а в  другому – ні?

Далі йде опрацювання опорного конспекту, детально з’ясовуються всі моменти, вказані в ньому (додаток №1).

Біля деяких речень стоять питання, це робиться для того, щоб разом з учнями знайти відповіді, вміти виділити головне.

При закріплення нового матеріалу використовуються  питання.

Питання для закріплення:

1. Яка головна відмінність квантової теорії від класичної?
2. Які явища підтверджують гіпотезу квантів?
3. У чому полягає явище фотоефекту? Як його можна спостерігати?
4. Сформулювати закони фотоефекту.
5. Що називають червоною межею фотоефекту? Чи залежить вона від міри освітленості матеріалу?
6. Як розуміти твердження: « червона межа фотоефекту для нікелю λ_ч = 2,475∙10^-7 м» ? Чи спостерігатиметься фотоефект під час освітлення нікелю світлом з довжиною хвилі 3∙10^-7 м?
7. Чи можна пояснити другий і третій закони фотоефекту з точки зору електромагнітної теорії світла?
8. За запропонованим графіком

 відповісти на питання:

а ) як залежить спектральна густина енергії теплового випромінювання  від температури?

б ) як залежить положення максимуму кривої розподілу енергії за довжинами хвиль від температури?

9.  У чому суть квантових уявлень про поширення і поглинання світла?

10. Записати та пояснити рівняння Ейнштейна для фотоефекту.

11. Пояснити закони фотоефекту з точки зору квантової теорії світла.

12. Чому при частотах, менших за червону межу, фотоефект не спостерігається?             

Домашнє завдання.

 Опорний конспект. §64 «Фізика11».Т. Засєкіна, Д.Засекін.

Опорний конспект з теми

 «Фотоелектричний ефект і його  закони.

 Кванти світла. Рівняння фотоефекту »

1. Кінець ХIХ століття. Розвиток фізики завершений:

А) МКТ;

Б) >200 років діють закони механіки, теорія всесвітнього тяжіння;

     В) максвелівська теорія;

     Г) закони збереження.

2. 1) кінець ХIХ – початок ХХ століття: відкриті рентгенівські промені, явище радіоактивності, електрон.

2) Стефан експериментально встановив розподіл енергії в спектрі нагрітих тіл. Не співпадає з теорії Максвелла, як бути?????

3) теорія відносності Ейнштейна – перегляд простору та часу.?????

3. Стефан – експеримент Е = σТ⁴. Больцман  підтвердив

АЧТ

За Максвеллом: тіло, що випромінює повинно охолоджуватися до 0⁰С.

Чи < λ, тим > розходження з практикою . « УФ катастрофа».?????

4. 1900р. Макс Планк. Гіпотеза: атоми випромінюють енергію квантами.

 Е = hυ. h = 6,62∙10 ^-34 Дж∙с

1905р. Ейнштейн. Розвиток теорії. Фотони.

1918р. М.Планк. Нобелівська премія за введення поняття кванта та пояснення АЧТ.

Фотоефект – це….

Внутрішній фотоефект – це…

Зовнішній фотоефект – це…

Генріх Герц відкрив явище фотоефекту.

1888р. О.Г.Столєтов дослідив та встановив закони експериментально.

ЗАКОНИ ФОТОЕФЕКТА

1.Кількість електронів, що вириваються світлом із поверхні металу за 1 с прямо пропорційна інтенсивності світлової хвилі.

2.  Швидкість вирваних електронів пропорційна частоті падаючого випромінювання і не залежить від його інтенсивності.

3. Існує критична частота υ_кр (для кожного металу своя), нижче якої опромінення не викликає фотоефекта – червона границя фотоефекта.

4. Фотоефект безінерційний. ( t_вл=10^-9с).

ТЕОРІЯ ФОТОЕФЕКТУ

             <=>             

   1еВ = 10^-6МеВ= 1,60219 ∙10^-19 Дж = 4,5∙10^-26 кВт∙год