Тема: Фотоефект.Закони фотоефекту.Застосування фотоефекту

Про матеріал

Мета уроку: навчальна:Ознайомити учнів з корпускулярними властивостями світла в процесі вивчення явища фотоефекту з практичним застосуванням фотоефекту, вміти розрізняти поняття внутрішнього і зовнішнього фотоефекту,домогтися засвоєння учнями, законів фотоефекту,формувати вміння застосовувати рівняння Ейнштейна для розв’язання задач. розвиваюча: розвивати пам’ять, уважність, логічне мислення,продовжувати формувати навички обчислень за формулами. виховна: виховувати інтерес до моделювання фізичних явищ, перевірити під час тестування набуті на уроці знання.

Перегляд файлу

-1-

Тема: Фотоефект. Закони фотоефекту. Застосування фотоефекту.

Мета уроку:

навчальна: Ознайомити учнів з корпускулярними властивостями світла в

процесі вивчення явища фотоефекту з практичним застосуванням фотоефекту,

вміти розрізняти поняття внутрішнього і зовнішнього фотоефекту, домогтися

засвоєння учнями, законів фотоефекту, формувати вміння застосовувати рівняння Ейнштейна для розв’язання задач.

розвиваюча: розвивати пам’ять, уважність, логічне мислення,продовжувати

формувати навички обчислень за формулами.

виховна: виховувати інтерес до моделювання фізичних явищ, перевірити

під час тестування набуті на уроці знання.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Обладнання: мультимедійний проектор, комп’ютер, опорні конспекти,

таблиця «Світлові кванти».

Метод проведення: пояснення з елементами бесіди.

Міжпредметні зв’язки: математика, астрономія.

Хід уроку

I.Організаційний етап.

II.Актуалізація опорних знань та навичок учнів.

Карточка-завдання.
Питання до класу:

а) Які ви знаєте дві теорії щодо природи світла?.

б) Що собою представляє корпускулярна теорія світла?.

в) Що собою представляє хвильова теорія світла?.

г) Яка з цих теорій є вірною? Чому?.

III.Вивчення нового навчального матеріалу.

Запишіть тему уроку (п 1). На сьогоднішньому уроці ми ознайомимося з

корпускулярними властивостями світла, розглянемо досить цікаве явище, яке

назив, фотоефектом, ознайомимося із законами фотоефекту і навчимося застосовувати їх при розв’язуванні задач.

У 1887 році німецький фізик Генріх Геру (п2) один із основоположників

електродинаміки, який експериментально довів існування електромагнітних хвиль і дослідів їхні властивості, випадково, відкрив явище фотоефекту (п3).

Викладач коментує. Відтворимо один з його дослідів. Для цього нам знадобиться електрометр, ебонітова паличка, сукно, світло свічки.

(Для чого використовують електроскоп?).

Дослід. На стрижні електрометра встановлено ретельно відшліфовану

-2-

цинкову пластинку. Учень надає пластинці негативного заряду від ебонітової палички, натертої об сукно. Учениця спрямовує на пластинку промені світла.

Під дією променів пластинка розряджається. Герц це явище пояснити не міг.

Що означає «пластинка заряджена негативно»? (Це означає, що на пластинці є надлишок електронів).

Що відбувається під час розрядження пластинки? (Під час розрядження вона втрачає електрони).

Що стає причиною розрядження? (Причиною стало світло).

Отже, фотоефект-це явище виходу з речовини електронів під дією світла (п4). Це явище називається ще зовнішнім фотоефектом.

А яка властивість напівпровідників пов’язана із світлом? (Під дією світла кількість вільних носіїв заряду в напівпровідниках збільшується.Це явище називають внутрішнім фотоефектом).

Пояснити явище фотоефекту на основі хвильових властивостей світла не вдавалося. Тому це явище зацікавило багатьох вчених. Але найретельніше закономірності фотоефекту вивчив у 1890 р. російський вчений Столетов (п5).

Метою Столетова було визначення чинників, від яких залежить кількість вибитих електронів і їхня швидкість. Для цього він використав установку, елементом якої була скляна колба (з якої було викачане повітря) з кварцовим віконцем, через яке світлові промені потрапляли на один із двох впаяних у лампу електродів.(Малюнок на дошці). Ви бачите, до якого полюсу батареї під’єднаний лівий електрод. Це катод. Правий електрод, через прилад, який вимірює невеликі струми, з’єднаний з додатньою клемою батареї і називається анодом.

Якби ми замість кварцового скла взяли звичайне скло, то досліду би не було, тому що звичайне скло поглинає ультрафіолетову частину спектра.

Це випромінювання падає на катод в результаті чого із катода вибиваються негативні частинки- електрони. Вони рухаються до анода і в колі протікає струм, який показує амперметр. Так як повітря викачане, то електрони вільно рухаються по вакууму. На що звернув увагу Столетов. Він побудував графік залежності сили фотоструму від напруги. Зверніть увагу, що якщо напруга на вольтметрі становить 0, то електрони, які були вибиті світлом, настільки швидкі, що навіть немає позитивного заряду, всеодно струмє, хоча дуже малий. Якщо збільшувати різницю потенціалів, то фотострум збільшується. Якщо ми ще будемо збільшувати різницю, то фотострум виходить на насичення.Це означає, що всі електрони, які вибиті світлом за одиницю часу притягуються до анода.

Столетов припустив, а що буде, якщо збільшувати величину світлового потоку? При цьому збільшується кількість енергії, якападає на одиницю площі за одиницю часу. Виявляється, що при збільшенні світлового потоку вибивається більша кількість електронів і сила струму насичення зростає.

Це і є I закон фотоефекту: кількість електронів, що вилітає з поверхні металу під дією електромагнітного випромінювання прямопропорційна його інтенсивності (п6).

Щоб дослідити, від чого залежить швидкість вибитих електронів, Столетов поміняв полярність електродів, тобто на анод подав не «+», а «-». В перший

-3-

момент, коли подається «-», електрони настільки швидкі, що вони проскакують і струм не надає. Але при збільшенні напруги електрони починають відштовхуватись і струм падає до нуля. При деякому значенні U (U3) припиняється протікання фотоструму. Вимірявши вольтметром U3 можна визначити кінетичну енергію фотоелектронів, а отже і їх швидкість:

e = → V=

Столетов на вхідне вікно поставив світлофільтри, які можуть пропускати

різні частини спектра. Змінюючи частоту світла, що падає на катод він виявив залежність затримуючої напруги від частоти або довжини світла. Таким чином були сформульовані II і III закони фотоефекту:

II закон. Максимальна кінетична енергія фотоелектронів залежить від частоти світла і не залежить від інтенсивності світла.

III закон. Для кожної речовини існує vmin або λ max при якій ще можливий фотоефект (п7).

У 1905 році англійський вчений Ейнштейн (п8) дав пояснення явища фотоефекту . він припустив, електромагнітні хвилі, які йдуть від Сонця і які нас оточують, це не просто хвилі, а іноді, в деяких випадках проявляють корпускулярні властивості. Тобто, те світло, яке нам падає в очі, його можна вважати як потік дрібних частинок-корпускул, які було названо фотонами або квантами. І ось Ейнштейн припустив, що кожний фотон, який попадає на катод,

являє собою частинку-корпускулу, енергія якої за гіпотезою Планка визначається формулою:

E=hv, або E=

де h – стала планка h=6,63 Дж

У цієї частинки крім енергії є імпульс і маса:

m= ; p= ;

Ейнштейн припустив, що то світло, яке нас оточує є потоком частинок-фотонів. Зараз фізики визначили, скільки фотонів повинно попасти в око, щоб ми своїми нервовими закінченнями, що покриває око, могли зареєструвати це світло. Виявляється 3-4 фотони і ми можемо сказати, що ми бачили імпульс світла.Ейнштейн припустив, що фотони при взаємодії з поверхнею можуть передавати енергію і імпульс. Тому потік фотонів, що проходить через кварцове вікно ударяє по катоду і вибиває другу частинку електрон. І цей електрон починає рухатися. Енергія фотона витрачається на роботу з вибивання електрона з речовини та на надання йому кінетичної енергії.

E=A+