Урок : " Фотоефект. Закони фотоефекту"

Тема уроку: Фотоефект.  Закони фотоефекту.

 Мета уроку:

Навчальна: активізувати знання про методи наукового пізнання природи; сформувати в учнів уявлення про фотоефект і вивчити його закони; розширити їх уявлення про сферу застосування закону збереження енергії; ознайомити з внеском вчених у розвиток дослідження даного явища.

Розвивальна: розвивати логіку, пізнавальний інтерес, інтелектуальні дослідницькі і творчі здібності в процесі вирішення фізичних завдань і самостійного придбання нових знань.

Виховна:  формувати науковий світогляд; виховати пошану до творців науки і техніки, що забезпечують провідну роль фізики в створенні сучасного світу техніки; виховувати інтерес до вивчення фізики.

Завдання уроку:

З'ясувати: яку дію світло може  чинити на речовину;

яким фізичним законам вона підкоряється;

від яких характеристик світла і речовини це залежить.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

Форми роботи: фронтальна, групова, індивідуальна.

Хід уроку

Вступна частина.

Ми знаємо, що фізика - наука про природу. Приведу вам такий вислів Альберта Ейнштейна:

Наука ніколи не була і не буде закінченою книгою. Кожен важливий успіх задає нові питання. Будь-який розвиток виявляє з часом усе нові й глибші труднощі.

  Так, в природи є своя мова, і ми повинні її розуміти. На кожному уроці фізики, при вивченні будь-якого явища  ми вчимося цій мові, пам'ятаючи, що, якщо перше зрубане дерево з'явилося початком цивілізації, то останнє означатиме її кінець .

Актуалізація опорних знань

На минулому уроці ми почали вивчення теми: «Квантова фізика». Давайте пригадаємо вивчений  матеріал, давши відповідь на наступні запитання фізичного диктанту:

(Запитання зачитує вчитель, учні письмово дають відповідь на них)

1.Як назвав частинку світла Ейнштейн? (Фотон)

2.Запишіть формулу енергії кванта світла за Планком. (E = hv)

3.Від чого залежить енергія світлового кванта? (Частоти)

4.Запишіть формулу, яка пов’язує масу фотона і його частоту. (m = hv/c²)

5.Як назвав частинку світла Планк?  (Квант)

6.Запишіть формулу імпульса фотона. (p = hv/с)

7.Запишіть формулу енергії фотона як частинки? (E = mc²)

8.Хто і в якому році вперше висловив думку про те, що світло випромінюється і поглинається порціями? (Планк, 1900)

9.Чому дорівнює стала Планка? (6,63 · 10^-34 Дж·с)

10.Яка принципова відмінність фотона як частинки від інших відомих вам частинок? (Існує тільки в русі, не має маси спокою)

(Відбувається взаємоперевірка, оголошуються результати, правильні відповіді написані на дошці)

Ці знання вам обов’язково знадобляться на сьогоднішньому уроці для подальшого  пізнання мови природи.

Повідомлення мети, теми, очікуваних результатів.

Очікувані результати:

1.       Вияснити, що таке фотоефект.
2.       Зрозуміти зміст законів фотоефекту.
3.       Дізнатись про застосування фотоефекту.

Вивчення нового матеріалу

Ще в 7 класі ви зрозуміли що Шлях пізнання складається з трьох етапів: відкриття - дослідження - пояснення. При вивченні теми нашого уроку цим етапам можна зіставити три дати : 1887-1890 -1905 рр. Про яку подію йде мова? З іменами яких учених можна зв'язати кожен етап?

Відповідь: 

1887 р. - Генріх Герц відкрив явище фотоефекту.

1890 р. - Олександр Григорович Столєтов встановив кількісні закономірності фотоефекту.

1905 р. - Альберт Ейнштейн обґрунтував квантову природу фотоефекту і всі його закономірності.

Отже сьогодні ми вивчимо цікаве фізичне явище - фотоефект.

Запишіть тему «Фотоефект. Закони фотоефекту» і подумайте над словом «фотоефект». Що, на вашу думку, означає це слово?

Прослухати результати.

Видно, що слово складається з двох іноземних слів: фото і ефект. Фото - від грецького - світло, а ефект - від латинського - дію. Дослівно - дія світла.

Наше завдання на сьогоднішній урок: з'ясувати, яку дію може чинити світло на речовину, яким фізичним законам цей ефект підкоряється, і від яких характеристик світла і речовини залежить.

Розпочнемо з досліду

Демонстрація явища фотоефекту. Клас поділився на три групи( по три особи в групі). Кожна група розказує, демонструє дослід і пояснює його.)

І група -  Мідна пластинка на електрометрі заряджається за допомогою скляної палички (позитивно), потім пластинка освітлюється ультрафіолетовим світлом. Ніякого помітного ефекту не спостерігається.

ІІ група - Мідна пластинка на електрометрі заряджається за допомогою ебонітової палички (негативно), потім пластинка освітлюється ультрафіолетовим світлом. Електрометр поступово розряджається.

ІІІ група – Електрометр з мідною пластинкою, що заряджена негативно поступово наближається до джерела ультрафіолетового випромінювання. Електрометр розряджається швидше, при віддаленні - розрядження уповільнюється.

Спробуймо описати  явище, яке спостерігали.

(Кожна група пояснює і робить висновки з проведених дослідів)

І – електрони, які вириваються з пластинки не зменшують, а збільшують позитивний заряд, сила тяжіння заважає побачити збільшення заряду на електрометрі.

ІІ – електрони, які вириваються з пластинки під дією світла зменшують негативний заряд електрометра, сила тяжіння цьому сприяє.

ІІІ – чим ближче до джерела світла, тим більше світлових квантів потрапляє безпосередньо на пластинку і процес виривання електронів іде інтенсивніше.

Розповідь учителя:

 Ми спостерігали явище - фотоефект – явище виходу електронів в інше середовище під дією електромагнітного випромінювання. Цей вид фотоефекту називається зовнішнім або фотоелектронною емісією.

Фотоефект є результатом трьох послідовних процесів: поглинання фотона, внаслідок чого енергія одного електрона стає більшою за середню; руху цього електрона до поверхні тіла; виходу його за межі тіла в інше середовище через поверхню поділу.

Дане явище детально вивчав Столєтов з 1888р по 1889р і в 1890 р. - Олександр Григорович  встановив кількісні закономірності або закони фотоефекту.

Спробуймо і ми сформулювати ці закони після перегляду  відео фрагмента.

Учні переглядають відеофрагмент, в якому пояснюються закони фотоефету і роблять висновки з побаченого.

1) кількість електронів, вирваних світлом з поверхні металу за 1 с, є прямо пропорційні поглинутій енергії світлової хвилі; (Чим більше фотонів, тим більше вирваних електронів)

2) максимальна кінетична енергія фотоелектронів зростає лінійно з частотою світла і не залежить від його інтенсивності; (кінетична енергія електронів пропорційна частоті світла)

3) для кожної речовини існує червона межа фотоефекту (поріг фотоефекту) - така найменша частота _min (чи найбільша довжина світлової хвилі _max), за якої ще можливий фотоефект. (Якщо     _min  чи  _max, то фотоефект не існує);

4) фотоефект є безінерційним t=10^-9с і виліт фотоелектронів починається з моменту освітлення катода.

Розповідь учителя:

Лише перший закон зовнішнього фотоефекту можна було пояснити на основі класичної електромагнітної хвильової теорії. Електромагнітна хвиля, досягши поверхні металу, спричиняє вимушені коливання електронів, відриваючи їх від металу. При цьому порушується безінерційність явища та й те, що кінетична енергія електронів не залежить від амплітуди (а отже й від напруженості електричного поля) в електромагнітній хвилі.

Повне пояснення фотоефекту 1905 року дав А.Ейнштейн, розвиваючи далі ідеї Планка про переривчастість випромінювання світла. В експериментальних законах фотоефекту Ейнштейн побачив докази того, що світло має переривчасту структуру і поглинається окремими порціями. Він висловив припущення, що фотоефект відбувається внаслідок поглинання електроном одного кванта, а інші кванти не можуть брати участі в цьому процесі. Ці кванти інакше називаються фотонами.

Кінетичну енергію фотоелектрона можна знайти, використавши закон збереження енергії. Енергія порції світла h витрачається на виконання роботи виходу A_вих, тобто роботи, яку треба виконати для виривання електрона з поверхні металу, і на передавання електрону кінетичної енергії:

                                                                                                                         (2)

Вираз (2) називають рівнянням Ейнштейна для фотоефекту. Він пояснює основні закономірності фотоефекту. Енергія кванта має бути більшою ніж A_вих     .          

       Мінімальна частота (червона межа), при якій починається фотоефект:                            

Наприклад, для міді червона межа відповідає довжині хвилі v_min= 1,1·10¹⁵ Гц ультрафіолетового проміння.

Відкриття явища фотоефекту мало велике значення для більшого розуміння природи світла. Але цінність науки полягає не тільки в тому, що вона з'ясовує складну і багатогранну будову навколишнього середовища, а і в тому, що наука дає нам в руки засоби, за допомогою яких можна удосконалити виробництво, поліпшувати умови матеріального і культурного життя.

Завдяки відкриттю фотоефекту стало можливим:

1) звукове кіно;

2) створення різноманітних апаратів, які слідкують за освітленістю вулиць, своєчасно запалюють і гасять бакени на річках, працюють "контролерами" в метро, рахують готову продукцію, контролюють якість обробки деталей;

3) перетворення світлової енергії в електричну за допомогою фотоелементів.

Підсумок уроку.

Проводиться за допомогою презентації, де сформульовані в цікавій формі запитання для контролю.

Домашнє завдання: Опрацювати стр 196-197 (Підручник Коршак, Савченко,Ляшенко Фізика ,стандарт , 11 кл.). Творче завдання: підготувати повідомлення або презентацію на тему «Застосування фотоефекту». 

Самостійна робота

3.Якому із нижчеприведених виразів відповідає одиниця вимірювання постійної Планка в СІ?

а) Дж*с

           б) кг*м/c2

           в) кг*м/c

           г) Н*м

д) кг/м3

4  Як зміниться робота виходу, при збільшенні довжини хвилі падачого випромінювання на катод в чотири рази?

А)  Збільшиться в чотири рази.

   B)  Зменшиться в чотири рази.

   C)  Збільшиться в два рази.

   D)  Зменшиться в два рази.

   E)  Не зміниться.

5 Яке із нижчеприведених тверджень ( для даного електроду) справедливе?

А)  Робота виходу залежить від довжини хвилі падаючого випромінювання.

B)  «Затримуюча» напруга залежить від роботи виходу.

C) Збільшення довжини хвилі падаючого випромінювання приводить до збільшення швидкості вилітаючих фотоелектронів.

D)  Максимальна швидкість вилітаючих фотоелектронів, залежить тільки від роботи виходу.

E)  Збільшення частоти падаючого випромінювання, приводить до збільшення швидкості фотоелектронів.

6: Як зміниться робота виходу, при збільшенні частоти хвилі падаючого випромінювання на катод, в чотири рази?

А) Збільшиться в чотири рази.

  B)  Зменшиться в чотири рази.

  C)  Збільшиться в два рази.

  D)  Зменшиться в два рази.

  E)  Не зміниться.

7  Яке з нижчеприведених виразів правильне? Кінетична енергія вилітаючих фотоелектронів залежить від:

А) Тільки від частоти падаючого випроміню -вання.

B)   Тільки від температури металу.

C)  Тільки від інтенсивності випроміню -вання.

D) Від частоти і інтенсивності падаючого випромінювання.

E) Від температури металу і інтенсивності випромінювання.

 8 На поверхню тіла падає світлове випромінювання з частотою

А)   hν/2

Б)   2 hν

В)   3,5 hν

Опорний конспект