Теория фотоэффекта

1
Теория фотоэффекта.
Открытый урок-расследование в 11 классе. Базовый курс.
О, сколько нам открытий чудных
Готовят просвещенья дух
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг,
И случай, бог-изобретатель.
А.С.Пушкин
Цели урока: продолжить формирование понятия фотоэффекта, обеспечить закрепление
изученного материала; продолжить работу по овладению методами научного исследования
(проверка законов фотоэффекта с использованием мультимедийного диска); продолжить развитие функции общения на уроке как условия обеспечения взаимопонимания, побуждения к
действию, ощущения эмоционального удовлетворения.
Оформление: презентация к уроку, набор по фотоэффекту, демонстрационный компьютерный планшет «Пейзаж настроения»; в компьютерном классе - мультимедийный диск
«Открытая физика», тест по уроку в формате «ХL» и в печатной форме.
Ход урока
1. Организационный этап: (5 мин)
Учитель. Добрый день ребята, сегодня вы
присутствуете на необычном уроке физики. Мы знаем, что
физика - наука о природе. Вспомним Ф.И.Тютчева:
Не то, что мните вы, природа:
Не слепок, не бездушный лик, В ней есть душа, в ней есть свобода.
В ней есть любовь, в ней есть язык.
Да, у природы есть свой язык, и мы должны его
понимать. На каждом уроке физики, при изучении любого
явления мы учимся этому языку, помня, что, если первое
срубленное дерево явилось началом цивилизации, то
последнее будет означать её конец...
Путь познания природы таков: открытие  исследование  объяснение. При изучении нашей темы
этим этапам можно сопоставить три даты: 1887— 18901905 гг. О каком событии идёт речь? С именами, каких
учёных можно связать каждый этап? Какое значение
имели их работы для квантовой физики?
Учитель. Александр Григорьевич Столетов
установил основные законы фотоэффекта. И только
преждевременная смерть не позволила ему довести
исследования до конца и установить, что является
носителями фототока. Мы гордимся выдающимися
научными трудами русского учёного.
Сегодня мы проведём не совсем обычный урок «Следствие ведут знатоки», - на котором в игровой форме
уточним знания по основным вопросам изученной темы
«Теория фотоэффекта» и закрепим их.
Эпиграфом к уроку нам послужат слова
А.С.Пушкина (читает эпиграф). Напоминаю правила
поведения на уроке (читает правила).
Слайд 1
Учащиеся. 1887 г. - Генрих Герц
открыл явление фотоэффекта. 1890 г.
- Александр Григорьевич Столетов
установил
количественные
закономерности фотоэффекта. 1905
г. - Альберт Эйнштейн обосновал
квантовую природу фотоэффекта и
все его закономерности.
Слайд 2
Слайд 3-4
2
2. Решение задач (10 мин)
Учитель. Чтобы попасть в команду знатоков, необходимо решить в общем виде задачи Каждый решает
сам, первые решившие верно получают звание «Знаток
решения задач». (Оценки за задачи: № 1223, 1224 - «3»,
плюс № 1225 - «4», плюс № 1226 - «5».
Задача № 19.14.
Длина волны света,
соответствующая красной границе фотоэффекта, для
некоторого металла 275 нм. Найти максимальную скорость электронов, вырываемых из металла светом длиной
волны 180 нм.
Задача № 19.15. Найти частоту света, вырывающего из металла электроны, которые полностью
задерживаются разностью потенциалов 3 В. Красная
граница фотоэффекта для данного металла 60 • 1013 Гц.
(Класс работает.) Проверяем ответы задач,
решенных в тетрадях. (Класс работает.)
Итак, звание «Знаток решения задач» присваивается (называет пять фамилий) с вручением памятных
медалей (вручает медали).
3. Фронтальный опрос (6 мин)
Учитель. В эпиграфе урока есть слова
«просвещенья дух» - их можно воспринять как теорию, а
слово «опыт» - как один из экспериментальных методов.
Группа криминалистов проведёт эксперимент и о
результатах доложит через несколько минут. (Группа
выполняет опыты с набором по фотоэффекту.) А мы,
знатоки, займёмся теорией. (Проводит фронтальный
опрос.)
 Что называют фотоэлектрическим эффектом?

В чём состоит экспериментальное исследование,
проведённое А.Г.Столетовым?

Сформулируйте законы внешнего фотоэффекта.
 На графике видно, что сила фототока отлична
от нуля и при нулевом напряжении. Почему?
 Какое напряжение называется задерживающим?

На что расходуется энергия фотонов при фотоэффекте?

В чём сущность гипотезы Эйнштейна в теории
фотоэффекта?

Что такое фотон?

Что такое красная граница фотоэффекта?

Где применяется фотоэффект?

К каким выводам пришли учёные относительно
природы света после открытия фотоэффекта?
Молодцы! Звание «Знаток теории фотоэффекта»
присваивается (называет три фамилии) с вручением
памятных медалей.
Слайд 5
Слайд 6
Слайд 7
Слайд 8
Слайд 9
Слайд 10
3
4.
Эксперимент (5 мин)
Учитель. Сейчас группа следователей проверит законы
фотоэффекта и о результатах доложит через несколько
минут. (Два ученика садятся за компьютер.) А мы
послушаем
криминалистов.
(Двое
учеников
рассказывают о проведённых опытах.) Молодцы! С
заданием справились, вам присваивается звание «Знаток
опыта» с вручением памятных медалей.
5.
Коллективная
проверка
законов
фотоэффекта (5 мин)
Учитель. Следователи готовы доложить о результатах следствия?
Учащиеся
(рассказывают,
демонстрируя
на
экране
отчёт).
Первый закон. Общее
число
фотоэлектронов,
которые вырываются светом
из катода за единицу времени,
и сила фототока насыщения
пропорциональны
освещённости катода.
Начальные данные:  =
530 нм, Р = 0,3 мВт, U= 1,5 В.
Не
меняя
интенсивности
излучения,
увеличиваем
разность потенциалов между
электродами, замечаем, что
сила тока нарастает. При
напряжении U = 4,5В она
достигает максимального значения I = 0,3 мА, после чего
перестаёт увеличиваться. Ток
достигает
насыщения.
Увеличиваем интенсивность, и
сила фототока насыщения при
заданном
напряжении
увеличивается.
Второй
закон.
Максимальная
скорость
фотоэлектронов зависит от
частоты света и свойств
поверхности металла и не
зависит от освещенности
катода.
 = 530 нм, U= 0В, I= 5
мА - часть вырываемых светом
электронов достигает левого
электрода.
Изменяем
полярность батареи - сила тока
уменьшается, и при U=0,3В
становится равной нулю. Это
означает, что электрическое
поле тормозит вырванные
электроны
до
полной
остановки, а затем возвращает
4
Учитель. Следователям (называет две фамилии)
присваивается звание «Знаток законов фотоэффекта» с
вручением
памятных
медалей.
их на катод.
Изменяем
интенсивность
света
задерживающее напряжение не
меняется, следовательно, не
меняется кинетическая энергия
фотоэлектронов,
следовательно, не меняется и
скорость
фотоэлектронов.
Изменяем
частоту
света
(уменьшаем длину волны, т.е.
увеличиваем
частоту
падающего
света)
задерживающее
напряжение
следует
увеличить,
следовательно, кинетическая
энергия
увеличивается,
следовательно, максимальная
скорость
фотоэлектронов
зависит от частоты (линейно
возрастает) и не зависит от
освещённости катода.
Третий закон. Для
каждого
вещества
существует красная граница
фотоэффекта - наименьшая
частота (или наибольшая,
«красная», длина волны), при
которой
ещё
возможен
внешний фотоэффект. При v
< v min,, mах) фотоэффекта
быть не может.
Длина
волны
падающего света , = 600 нм.
Увеличиваем длину волны и
замечаем, что при  =623 нм
фототок есть, а при  = 625 нм
он
прекращается
и
при
больших длинах волн уже не
возникает. Эта длина волны
(тах = 624 нм) является
красной
границей
фотоэффекта.
5
6.
Закрепление материала (4 мин)
Учитель. В стихотворении А.С.Пушкина читаем:
«...гении, парадоксов друг». Знаете ли вы, что такое
парадокс? Парадокс - это неожиданное явление, не
соответствующее обычным представлениям. Сейчас
просмотрите § 88 учебника, с. \63, и найдите, в чём
парадокс фотоэффекта.
7.
Тестирование (3 мин)
Учитель. А сейчас проведём тестирование. 8 человек работают за компьютерами, остальные - за столами.
Получившим оценку «5» присваивается звание «Великий
знаток фотоэффекта».
Учитель. Подведем итоги урока. Какое заключение можно
сделать по проведенному следствию?
Учитель. Д/з провести расчеты в задачах, подготовиться к
См/р.
Всем спасибо за урок, я вами довольна (оценки). В
завершении урока прошу выполнить еще одно задание.
Мы с компьютером нарисовали пейзаж. Какое место
больше всего соответствует вашему настроению сейчас. я,
например, улетаю на шаре – меня уносит вверх радость и
удовлетворение нашей совместной работой. Отметьте
карандашом, где находитесь вы.
Учащиеся.
Парадокс
состоит в том, что при увеличении
потока падающего света заданной
длины волны не происходит
увеличения скорости фотоэлектронов, а свет длиной волны
меньше
порогового
значения
вообще не может выбить из
металла электроны независимо от
мощности светового потока.
Слайд 11
Учащиеся: Фотоэффект – это
явление вырывания электронов
из вещества под действием света
– подтверждает тот факт, что
электромагнитная
энергия
поглощается
отдельными
порциями. Если частота света
меньше
«красной
границы»,
фотоэффекта быть не может.
Свет
обладает
дуализмом
свойств
Слайд 12
6
Тест по теме «Теория фотоэффекта» _____________________ (Ф.И.)
1. При каком облучении электроскоп, заряженный отрицательным зарядом, быстрее разрядится?
A) При инфракрасном;
Б) при ультрафиолетовом;
B) при рентгеновском.
Г) среди ответов А -В нет правильных
2. Изменится ли скорость фотоэлектронов, если уменьшить частоту падающего излучения, не изменяя его
общую мощность?
А) Да, уменьшится;
Б) да, увеличится;
В)не изменится.
3. Изменится ли максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при увеличении частоты света?
A) Нет, не изменится;
Б) да, увеличится;
B) да, уменьшится.
Г) среди ответов А -В нет правильных
4. Фотоэффект практически безынерционен:
A) всегда;
Б) если длина волны падающего света больше соответствующей красной границы;
B) если частота падающего света больше или равна частоте красной границы.
Г) среди ответов А -В нет правильных
5. Какие из перечисленных явлений можно описать с помощью фотонной теории света?
A) Интерференция;
Б) дифракция;
B) внешний фотоэффект. Г) среди ответов А -В нет правильных
6. Какие из перечисленных параметров определяют положение красной границы фотоэффекта?
А) Свойства вещества катода (химическая природа металла и состояние его поверхности);
Б) площадь катода;
В) частота света.
Г) среди ответов А -В нет правильных
7. Фотон - это элементарная частица:
A) обладающая импульсом. Б) не имеющая массы;
B) не имеющая массы, не заряженная, обладающая энергией и импульсом;
Г) среди ответов А -В нет правильных
8. Свет обладает:
А) волновыми свойствами; Б) корпускулярными свойствами;
В)дуализмом (двойственностью) свойств. Г) среди ответов А -В нет правильных