Урок по физике в 11 классе "Законы фотоэффекта"
методическая разработка по физике (11 класс) по теме

ЗАКОНЫ ФОТОЭФФЕКТА

Цели методические:

1. Учащиеся должны осознать противоречие, возникшее в начале XX века  в теории излучения абсолютно черного тела.
2. Познакомить учащихся с физическим явлением  фотоэффекта:

1. научить его обнаруживать;
2. научить исследовать его законы;
3. знать его область применения.

3. Углубить знания о природе света.

Цели воспитательные:

1. Освоение знаний о  законах фотоэффекта и принципах, лежащих в основе современной физической картины мира;  открытии, оказавшем влияние на развитие техники и технологии; методах научного познания природы.
2. Воспитание убежденности в возможности познания законов природы; необходимости сотрудничества в процессе совместного выполнения задач, уважительного отношения к мнению оппонента при обсуждении проблем естественнонаучного содержания.

Цели развивающие:

1. Овладение умениями проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты, выдвигать гипотезы и строить модели, применять полученные знания по физике для объяснения разнообразных физических явлений и свойств веществ; практического использования физических знаний; оценивать достоверность естественнонаучной информации.
2. Развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе приобретения знаний и умений по изучению законов фотоэффекта с использованием электронного учебника и современных информационных технологий.

Формирование у школьников общеучебных умений и навыков, универсальных способов деятельности и ключевых компетенций:

Познавательная деятельность:

1. использование для познания окружающего мира различных естественнонаучных методов: виртуальный  эксперимент;
2. формирование умений различать факты, гипотезы, причины, следствия, доказательства, законы, теории;
3. приобретение опыта выдвижения гипотез для объяснения известных фактов и экспериментальной проверки выдвигаемых гипотез.

Информационно-коммуникативная деятельность:

1. владение монологической и диалогической речью. Способность понимать точку зрения собеседника и  признавать право на иное мнение;
2. использование для решения познавательных и коммуникативных задач различных источников информации.

Рефлексивная деятельность:

1. владение навыками контроля и оценки своей деятельности, умением предвидеть возможные результаты своих действий:
2. организация учебной деятельности: постановка цели, планирование, определение оптимального соотношения цели и средств.

Межпредметные связи: 

Обществознание (законы диалектики), информатика  и КТ.

Технологическое обеспечение урока:

1. Материально-техническое – компьютер, интерактивная доска, лабораторное оборудование кабинета физики, видео и фотокамера. Электронный учебник «Программы Физикона. Локальная версия»
2. Учебно-методическое –  SMART коллекция, дополнительная литература (у учителя и в библиотеках).
3. Информационное – доступ к знаниям в сети Интернет, к знаниям специалистов.

План урока:

1. Актуализация знаний по теме «Шкала электромагнитных колебаний».
2. Поисковая беседа и демонстрация компьютерной презентации «Фотоэффект».
3. Работа с интерактивной моделью электронного учебника  и вывод законов фотоэффекта.
4. Задание на дом.
5. Итог урока.

«Истина -  это то, что выдерживает проверку временем»

А.Эйнштейн.

1. Повторение и актуализация знаний учащихся  (подготовительный этап)

1. Шкала электромагнитных волн.
2. Экспериментальные факты, свидетельствующие об электромагнитной природе света.
3. Работа сил электрического поля по перемещению заряда.

2. Постановка цели урока с помощью презентации (слайды № 1-11)

3. Поисковая беседа:

1. (Цинковой пластине сообщили отрицательный заряд  слайд 12 видеоролик)

Учитель:  Заряд на пластине может оставаться очень долго. Почему?

Ученик (предполагаемый ответ):  воздух диэлектрик

Учитель:  Какими способами можно разрядить пластину?

Ученик:  заземлить или нагреть воздух около пластины или осветить ее светом

Учитель:  А как можно разрядить положительно заряженную пластину?

Ученик: теми же способами

Учитель: Давайте проверим. Посмотрим продолжение демонстрации (слайд № 12) Пластина с  отрицательным зарядом разряжается от света электрической дуги.  Положительно заряженная пластина не разряжается. Возникает проблемная ситуация. Опыт проводили в вакууме, но наблюдалась та же самая картина.

Учитель:  Давайте разберемся. Почему цинковая пластина теряла отрицательный заряд?

Ученик:  на неё действовал свет дуги.

 Учитель:  Как можно представить себе процесс уменьшения отрицательного заряда    под действием света дуги с точки зрения электронной теории?

Ученик:  отрицательный заряд означает избыток электронов, очевидно

               электроны вырываются из пластины и её заряд уменьшается.

Учитель:  Почему же не теряет заряд положительно заряженная пластина?

Ученик:  положительный заряд прочно связан с узлами кристаллической решетки и свет дуги не может их выбить.

Учитель:  А электроны в положительно заряженной пластине имеются?  

Ученик:  да.

Учитель:  Итак, ребята, мы только что пришли к выводу, что свет способен вырывать электроны из пластины. Что же в таком случае можно ожидать при облучении положительно заряженной пластины?

Ученик:  увеличения положительного  заряда пластины.

Учитель:  Почему же электрометр не обнаруживает изменения заряда?

(идет объяснение учителя с рисунком)

Рис. 1                                 Рис. 2

Учитель:  Что произойдет с электроном, выбитым светом из отрицательно    

                 заряженной пластины?

Ученик:  он будет отталкиваться от пластины.

Учитель:  А что произойдет с электроном, выбитым светом из положительно

                 заряженной пластины?

Ученик:  он будет притягиваться  пластиной.

Учитель: Итак, вы правильно объяснили опыты. (Далее  демонстрация опыта  завершается)

                (Слайд №13, 14)

Учитель: В 1887 г. Генрих Герц – открыл  явление фотоэффекта-  вырывание электронов из вещества под действием света, а 1888 -1890 А.Г. Столетов - исследовал  законы фотоэффекта.

Учитель: А теперь попробуем объяснить фотоэффект с помощью волновой теории, так как другой теории мы ещё не знаем. Вспомним сначала, что представляет собой световая волна? (дети на доске чертят график и объясняют)

Учитель: Итак, как будто вопрос ясен: сила Лоренца достаточно мала и ею мы пренебрегли, со стороны электрического поля  световой волны на электрон действует переменная сила  «раскачивающая» его. Естественно предположить, что в результате её действия электрон вырывается из металла. При этом, чем больше модуль Е, тем больше вероятность того, что электрон преодолеет связи, удерживающие его в металле, и вырвется из него. Таким образом, увеличивая освещенность пластины, зависящей от квадрата амплитуды напряженности электрического поля, мы должны  наблюдать фототок. Давайте проверим свою рабочую гипотезу  на интерактивной модели.

ОПЫТ № 1  

Задание: Определить зависимость  фототока  I (мA) от интенсивности или мощности   P (мBт) падающего излучения  на пластину.

Вывод: Итак, мы видим по результатам опыта, что увеличение освещенности  катода не привело к изменению его заряда, фототок не появился. Что это значит? Что наша гипотеза не подтвердилась

Учитель: изменим другие параметры опыта и посмотрим, как они влияют на появление фототока.

Опыт № 2

Задание: Не изменяя освещенность пластины, но  уменьшая длину падающего излучения на неё, определить влияние этого фактора на изменение фототока и энергии квантов.

Выводы:

1. Уменьшение  длины волны падающего излучения до 622 нм приводит к появлению фототока и его дальнейшему росту  (стекло на пути излучения, падающего на цинковую пластинку в слайде № 12).
2. Увеличивается энергия кванта, т.к. она зависит обратно пропорционально от длины волны падающего излучения.
3. Фотоэлектроны  УВЕЛИЧИВАЮТ свою скорость  с увеличением частоты излучения (т.к. кинетическая энергия электрона равна Е=½тv2)

Опыт № 3

Задание: Определить, зависит ли количество фотоэлектронов от увеличения  освещённости пластины?

Вывод:

1. При увеличении освещённости пластины фототок растет, а это значит, что число фотоэлектронов растет.
2. При увеличении освещённости пластины энергия квантов не изменяется,

           значит, кинетическая энергия фотоэлектронов также не изменяется.

Опыт № 4

Если между фотокатодом и анодом вакуумного фотоэлемента создать электрическое поле, тормозящее движение электронов к аноду, то при некотором значении задерживающего напряжения Uз, анодный ток прекращается. Величина Uз определяется соотношением

Задание: Определить, как зависит фототок от изменения  задерживающего напряжения Uз  при неизменной длине волны и освещенности ?

Вывод:

При  уменьшении напряжения между электродами мы видим, что фототок уменьшается до нуля при неизменных мощности излучения (Р) и длине волны (λ)

Опыт № 5

Задание: Определить, как изменяется задерживающее  напряжения Uз  от  увеличения длины волны падающей на катод ?

Вывод:

При увеличении длины волны  падающего излучения задерживающее     напряжения Uз     уменьшается .

Другими словами, кинетическая энергия фотоэлектронов уменьшается с уменьшением частоты падающего излучения, поэтому уменьшается и запирающее напряжение, при котором фототок равен нулю.

Опыт № 6

Задание: Определить, как изменение освещенности катода влияет на   задерживающее   напряжения Uз  ?

Вывод:

Изменение освещенности катода не влияет на задерживающее  напряжения Uз.

Итоговые выводы по выполнению заданий 1-6:

 ( Слайд 17. Законы фотоэффекта)

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

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

(Переход к концу урока (слайд 18) кратко об А.Эйнштейне и его теории фотоэффекта, которая  будет изучаться на следующем уроке).  

Домашнее задание:  

1. Введение к разделу «Квантовая физика» и  § 88.
2. Дополнительное задание для желающих углубить свои знания по теме урока: написать реферат по теме: «История открытия теории фотоэффекта».

ЗАКРЕПЛЕНИЕ:

1. К какому противоречию пришли ученые в конце XIX века?
2. Какой ученый разрешил противоречие и как?
3. Как называется новая теория поглощения и излучения энергии и в чем её

           суть?

4. Кто открыл явление фотоэффекта и в чем оно состоит?
5. Кто изучил законы этого явления?
6. В чем суть законов фотоэффекта?
7. Выполнение заданий на интерактивной доске.
8. Могут ли носить исследовательский характер  задания, которые вы выполняли на интерактивной модели? Ответ поясните.

Подведение итогов урока, рефлексия.

Использованная литература.

1. В.И Рыдник «Многоцветье спектров», Москва,  изд-во Детская литература» 1979г.
2. А.В. Усова, А.А. Бобров «Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики», М., Просвещение, 1988 г.
3. Л.И. Ерунова «Урок физики и его структура при комплексном решении задач обучения», М., Просвещение, 1988 г.
4. Электронный учебник Кирилла и Мефодия CD-диск.