Разработки уроков по теме: "Фотоэффект"
методическая разработка по физике (11 класс) по теме

Тема урока: «Фотоэффект. Законы фотоэффекта».

Цель урока: обучающиеся должны иметь представление о явлении фотоэффекта и знать законы фотоэффекта.

Задачи урока.

Образовательные:

• познакомить  обучающихся: с явлением фотоэффекта; с историей его открытия и законами фотоэффекта;
• объяснить физическую природу этого явления;
• продолжить работу по выделению основного материала при работе с научно-популярной литературой и другими информационными средствами.

Воспитательные:

• познакомить обучающихся с эмпирическим и теоретическим уровнями познания научных фактов и закономерностей.

Развития мышления:

• формировать умения развёртывать доказательство на основе данных.

Наглядные пособия: таблица «Опыты Столетова»,  опорный конспект «Фотоэффект»,  видеофрагмент с демонстрацией явления фотоэффекта, презентация «Фотоэффект».

Ход урока.

1. Организационный момент.
2. Проверка домашнего задания.

Вопросы для фронтального опроса.

1. В чём  суть противоречия теории Максвелла с повседневным опытом?
2. Какова суть теории Макса Планка?
3. Чему равна постоянная Планка?
4. Есть ли экспериментальные подтверждения теории Планка?

3. Работа над изучаемым материалом.

1. Постановка целей урока.

Квантовым законам подчиняется поведение всех микрочастиц. Впервые квантовые свойства материи были обнаружены при исследовании излучения и поглощения света. В развитие представлений о природе света был сделан шаг при изучении явления, открытого Г. Герцем и тщательно исследованного выдающимся русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым -  это явление фотоэффекта.

2. Объяснение нового материала.

Фотоэффект – явление вырывания электронов из вещества под действием света.

1. Наблюдение фотоэффекта ( рассказывается об опыте или если есть возможность, то демонстрируется опыт).

К электрометру присоединяется цинковая пластина. Если пластину зарядить положительно, то освещение пластины электрической дугой не повлияет на быстроту разрядки пластины. Но, если пластину зарядить отрицательно, то разрядка идёт очень быстро.

Это явление можно объяснить тем, что свет вырывает с поверхности пластины электроны. Если на пути света поставить стекло, то пластина уже не теряет электроны, какова бы ни была интенсивность излучения. Отсюда следует вывод, что ультрафиолетовый участок спектра вызывает фотоэффект. Этот факт нельзя объяснит на основе волновой теории света.

2. Законы фотоэффекта. Изучением явления фотоэффекта вплотную занимался А.Г. Столетов. Опыты Столетова.

В стеклянный баллон, из которого откачан воздух, помещены два электрода. Внутрь баллона на один из электродов через кварцевое окошко, поступает свет. На электроды подаётся напряжение, которое можно изменять и измерять. Сначала электрод, на который падает свет, подключают к отрицательному полюсу батареи. Под действием света этот электрод испускает электроны, которые при движении в электрическом поле образуют электрический ток. При малых напряжениях не все электроны достигают другого электрода. При увеличении напряжения (без изменения интенсивности света) сила тока нарастает. Но при некотором значении она перестаёт увеличиваться. Это значение силы тока называется током насыщения. Он определяется числом электронов, испущенных за 1 с освещаемым электродом. Увеличивая интенсивность света, увеличивается ток насыщения.

                                                            I

                                                         Iн

                                         Uз               0                                                U

Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны. 

Из графика видно, что при нулевом значении напряжения сила тока отлична от нуля. Это означает, что часть электронов достигают другого электрода и при отсутствии напряжения. Если изменить полярность электродов, то при некотором значении напряжения ток в цепи станет равным нулю. Это напряжение называется задерживающим (Uз).

При изменении интенсивности света задерживающее напряжение не меняется. С точки зрения волновой теории этот факт не понятен.

Кинетическая энергия электронов зависит только от частоты света. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

Если частота меньше определённого для данного вещества минимальной частоты νmin, то фотоэффект не происходит.

3. Зачитываются сообщения учащихся о жизнедеятельности А.Г. Столетова.

3. Закрепление полученных знаний. Для закрепления изученного материала предлагается ответить на следующие вопросы.

1. Какое явление называют фотоэффектом?
2. Остаётся ли цинковая пластинка электрически нейтральной, если при освещении её имеет место явление фотоэффекта?
3. Как зависит скорость электронов, вырываемых из материала фотокатода при его освещении, от частоты световой волны? Зависит ли скорость фотоэлектронов от светового потока, падающего на фотокатод?
4. От чего зависит энергия кванта излучения? Запишите формулы для энергии кванта через частоту и длину волны.

4. Обсуждение домашнего задания. Подготовить индивидуальные сообщения по теме: «Жизнь и деятельность А. Эйнштейна»

Тема урока: «Теория фотоэффекта».

Цель урока: обучающиеся должны иметь представление об объяснении явления фотоэффекта с помощью квантовой теории Планка.

Задачи урока.

Образовательные:

• познакомить  обучающихся: с понятием «красная граница фотоэффекта»; с уравнением Эйнштейна;
• продолжить работу по выделению основного материала при работе с научно-популярной литературой и другими информационными средствами.

Воспитательные:

• познакомить обучающихся с эмпирическим и теоретическим уровнями познания научных фактов и закономерностей.

Развития мышления:

• формировать умения развёртывать доказательство на основе данных.

Наглядные пособия: таблица «Опыты Столетова»,  опорный конспект «Фотоэффект»,  видеофрагмент с демонстрацией  явления фотоэффекта,  презентация «Фотоэффект».

Ход урока.

1. Организационный момент.
2. Проверка домашнего задания.

Вопросы для фронтального опроса.

1. Кто впервые наблюдал явление фотоэффекта?
2. С помощью какого несложного опыта можно пронаблюдать явление фотоэффекта?    
3. Кто занимался исследованием явления фотоэффекта?
4. В чём суть законов фотоэффекта?                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

3. Работа над изучаемым материалом

1. Постановка целей урока.

Все попытки объяснить явление фотоэффекта на основе законов электродинамики Максвелла оказались безрезультатными. Нельзя было понять, почему энергия фотоэлектронов определяется только частотой света и почему лишь при малой длине волны свет вырывает электроны. В 1905 году А. Эйнштейн попытался объяснить явление фотоэффекта с помощью идеи М. Планка. Зачитывается сообщение о А. Эйнштейна.

2. Объяснение нового материала.

В экспериментальных законах Эйнщтейн увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями.

Энергия каждой порции: E=hν, где h-постоянная Планка, h=6,63*10-34Дж*с. Поглотиться может тоже только  вся порция.

Энергия порции света идёт на совершение работы выхода А, т.е. работы, которую нужно совершить для извлечения электрона из металла, и на сообщение электрону кинетической энергии.

  - уравнение Эйнштейна.

Для каждого вещества фотоэффект наблюдается, если частота ν света больше минимального значения  νmin, т.е. . Предельную частоту  νmin  называют красной границей фотоэффекта. Для длины волны:  λmax=.   νmin =. Работа выхода зависит от рода вещества. Поэтому красная граница для разных веществ различна.

3. Закрепление нового материала. Решение задач.

Пример 1.

Работа выходов электрона из цинка 6,8*10-19Дж. Найдите красную границу фотоэффекта для цинка.

Пример 2.

Работа выхода электрона из алюминия равна 6,72*10-19Дж. Произойдёт ли фотоэффект при освещении алюминия фиолетовым светом с длиной волны 4*10-7м?

Пример 3.

Работа выходов электрона из вольфрама равна 7,2*10-19Дж. Определите задерживающую разность потенциалов для фотоэлектронов при облучении вольфрама ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 1,9*10-7м.

4. Обсуждение домашнего задания.

Тест по теме: «Фотоэффект»

Вариант 1.

1. Незаряженную металлическую пластину освещают рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами. Каков результат опыта?

1. Пластина заряжается положительно.
2. Пластина заряжается отрицательно.
3. Таким способом зарядить пластину нельзя.

2. При освещении зелёным светом фотоэффекта нет. Будет ли он наблюдаться при облучении той же пластины красным светом?

1. Да.
2. Нет.
3. Не знаю.

3. Чем больше частота электромагнитного излучения, тем сильнее обнаруживаются…?

1. его корпускулярные свойства.
2. его волновые свойства.
3. его качественные свойства.

4. Максимальная кинетическая энергия электронов, вырываемых светом с поверхности света…

1. … прямо пропорциональна интенсивности света.
2. … прямо пропорциональна частоте света и интенсивности света.
3. … прямо пропорциональна частоте света и не зависит от интенсивности света.

5.  При исследовании способности вызывать фотоэффект установлено, что эффект …

1. усиливается при перемещении к длинноволновому концу спектра.
2. усиливается при перемещении к коротковолновому концу спектра.
3. не изменяется  при перемещении к длинноволновому концу спектра.

6. Направляя на поверхность металла (или другого вещества) пучок ультрафиолетового света, можно получить…

1. пучки вылетающих электронов.
2. пучки коротковолнового излучения.
3. поток корпускул.

7. При изменении интенсивности света задерживающее напряжение …

1. …увеличивается.
2. …уменьшается.
3. …не меняется.

Тест по теме: «Фотоэффект»

Вариант 2.

1. Заряженную положительно пластину освещают рентгеновским или ультрафиолетовым светом. Каков результат опыта?

1. Пластина заряжается положительно.
2. Пластина заряжается отрицательно.
3. Таким способом зарядить пластину нельзя.

2. При освещении синим светом фотоэффекта нет. Будет ли наблюдаться фотоэффект при освещении красным светом?

1. Да.
2. Нет.
3. Не знаю

Тема урока: «Применение фотоэффекта».

Цель урока: обучающиеся должны иметь представление об областях науки и техники, где применяется  фотоэффект.

Задачи урока.

Образовательные:

• познакомить  обучающихся: с понятием «красная граница фотоэффекта»; с уравнением Эйнштейна;
• продолжить работу по выделению основного материала при работе с научно-популярной литературой и другими информационными средствами.

Воспитательные:

• познакомить обучающихся с эмпирическим и теоретическим уровнями познания научных фактов и закономерностей.

Развития мышления:

• формировать умения развёртывать доказательство на основе данных.

Наглядные пособия: таблица «Фотоэффект»,  опорный конспект «Фотоэффект»,  видеофрагмент с демонстрацией  явления фотоэффекта,  презентация «Фотоэффект».

Ход урока.

Организационный момент.

Проверка домашнего задания. Выявления уровня усвоения знаний.

Вопросы для фронтального опроса.

1). Кто впервые наблюдал явление фотоэффекта?

2). С помощью какого несложного опыта можно пронаблюдать явление фотоэффекта?    

3). Кто занимался исследованием явления фотоэффекта?

4). В чём суть законов фотоэффекта?  

Постановка цели урока.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

Все попытки объяснить явление фотоэффекта на основе законов электродинамики Максвелла оказались безрезультатными. Нельзя было понять, почему энергия фотоэлектронов определяется только частотой света и почему лишь при малой длине волны свет вырывает электроны. В 1905 году А. Эйнштейн попытался объяснить явление фотоэффекта с помощью идеи М. Планка.

Зачитывается сообщение о А. Эйнштейна.

Объяснение нового материала.

В экспериментальных законах Эйнштейн увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями.

Энергия каждой порции: E=hν, где h-постоянная Планка, h=6,63*10-34Дж*с. Поглотиться может тоже только  вся порция.

Энергия порции света идёт на совершение работы выхода А, т.е. работы, которую нужно совершить для извлечения электрона из металла, и на сообщение электрону кинетической энергии.

  - уравнение Эйнштейна.

Для каждого вещества фотоэффект наблюдается, если частота ν света больше минимального значения  νmin, т.е. . Предельную частоту  νmin  называют красной границей фотоэффекта. Для длины волны:  λmax=.   νmin =. Работа выхода зависит от рода вещества. Поэтому красная граница для разных веществ различна.

4. Закрепление нового материала. Решение задач.

Пример 1.

Работа выходов электрона из цинка 6,8*10-19Дж. Найдите красную границу фотоэффекта для цинка.

Пример 2.

Работа выхода электрона из алюминия равна 6,72*10-19Дж. Произойдёт ли фотоэффект при освещении алюминия фиолетовым светом с длиной волны 4*10-7м?

Пример 3.

Работа выходов электрона из вольфрама равна 7,2*10-19Дж. Определите задерживающую разность потенциалов для фотоэлектронов при облучении вольфрама ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 1,9*10-7м.

5. Обсуждение домашнего задания.