Открытый урок по теме Фотоэффект
план-конспект урока (физика, 11 класс) на тему

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА

                                     «Фотоэффект Применение фотоэффекта.»

Цели урока:

Образовательная:  Проверка теоретических знаний по теме "Фотоэффект", отработка навыка решения задач разного типа и уровня в соответствии материала ЕГЭ, обобщение единичных знаний в систему.

Воспитательная: Продолжить развитие функции  общения на уроке как условия  обеспечения взаимопонимания побуждения к  действию.

Развивающая: Развить способности усвоения теоретических знаний с

помощью наглядно-образных представлений о научном эксперименте, визуальную информацию переводить в вербальную, формировать умение трансформировать  информацию, видоизменять её объём, форму, носитель.

Оборудование:

1. компьютер,
2. проектор,
3. экран.

Тип урока: Урок обобщения и систематизации знаний

Ход урока.

1. Организационный этап.  (Вступительное слово учителя)

Цель сегодняшнего урока -  зачета ясна. Проверить наши с вами творческие силы и не только по теме квантовые свойства света.

Мы знаем с детских лет, что Знания – сила! Ученье – свет! Объединим их и проверим, каковы же наши силы в квантовой теории света.

2.  Проверка домашнего задания

1)г

2)в

3)в

4)в

5)г

6)в

7)б

8)в

9) д

10) 0,64 В

3. Фронтальный опрос.

1.  Какое явление мы называем фотоэффектом
2. Энергия кванта
3. Кто выдвинул гипотезу о том, что энергия испускается и поглащается порциями
4.  Формула Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
5. Связь задерживающего напряжения и кинетической энергии
6. Связь работы выхода и красной границы фотоэффекта
7. Формула Ленарда

4. Работа с интерактивным заданием

 Меняя длину волны, пронаблюдайте изменения в графике  зависимости  силы тока от напряжения: измерьте запирающий потенциал Uз  для различных длин волн , ток насыщения и кинетическую энергию ( опыт 1 и опыт 4 )

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/d7a7bd48-0191-423f-8f77-21b97e110148/kvant4.htm

Определить красную границу для цезия (658  нм), продемонстрировать на модели

Вывод: При приближении к красной границе фототок уменьшается и уменьшается кинетическая энергия фотоэлектронов.

5. Индивидуальная задача

Задача №1

Какую максимальную кинетическую энергию имеют электроны, вырванные из оксида бария, при облучении светом частотой 1ПГц?

Задача№2

Красная граница фотоэффекта для металла 6,2*10-5 см. Найти величину запирающего напряжения для фотоэлектронов при освещении металла светом длиной волны 330 нм?

Задача №3

Определите наибольшую скорость электрона, вылетевшего из цезия, при освещении его светом с длиной волны 400 нм?

 Задача №4

Фотокатод, покрытый кальцием ( Ав=4,42*10-19 Дж), освещается светом, у которого длина волны 300 нм. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле индукцией 8,3*10-4 Тл перпендикулярно линиям индукции этого поля. Чему равен максимальный радиус окружности, по которой движутся электроны? Ответ выразить в мм.

Задача №5

Один из способов измерения постоянной Планка основан на определении

максимальной кинетической энергии электронов при фотоэффекте с

помощью измерения напряжения, задерживающего их. В таблице

представлены результаты одного из первых таких опытов.

Постоянная Планка по результатам этого эксперимента равна?

Задача№6

 Вычислите энергию фотона, если известно, что в среде с показателем преломления 1,3 его длина волны равна 590 нм

Задача №7

Источник света мощностью 100 Вт испускает 5*10 20 фотонов за 1с. Найдите частоту света

6. Контрольный тест

1    Какой импульс у фотона, энергия которого равна 3 эВ?
 

1 ) 1.6×10-26 кг•м/с
2) 0.6×10−27 кг•м/с
3) 1.6×10−27 кг•м/с
4 )3.6×10−27 кг•м/с
5)1.6×10−28 кг•м/с
6)затрудняюсь ответить 

2. Во сколько раз энергия фотона, обладающего импульсом 8×10–27 кг•м/с, больше кинетической энергии электрона, полученной им при прохождении разности потенциалов 5 В?

1)6
2)3
3)2
4)1.5
5)4
6)затрудняюсь ответить 

3. Пары некоторого металла в разрядной трубке начинают излучать свет при напряжении на электродах 9,9 В. Во сколько раз длина волны возникающего излучения меньше одного микрометра?

1)1
2)6
3)3
4)8
5)5
6)затрудняюсь ответить 

4. Сколько фотонов попадает в глаз за 1 c в глаз человека, если глаз воспринимает свет с длиной волны 0,55 мкм при мощности светового потока 1,8×10–16 Вт. Постоянная Планка 6,6×10−34 Дж•с.

1)250
2)300
3)500
4)200
5)600
6)затрудняюсь ответить 

5. Световая отдача лампочки накаливания, потребляющей мощность 132 Вт, равна 6%, а средняя частота излучения лампы 6×1014 Гц. Сколько миллиардов фотонов от этой лампы попадает в зрачок глаза человека, стоящего в 100 м от лампы? Зрачок считать плоским кругом радиусом 2 мм.

1)5
2)2
3)15
4)4
5)нет правильного ответа
6)затрудняюсь ответить 

6. Излучение лазера мощностью 600 Вт продолжалось 20 мс. Излученный свет попал в кусочек идеально отражающей фольги массой 2 мг, расположенный перпендикулярно направлению его распространения. Какую скорость (в см/с) приобретет кусочек фольги?

1)6
2)2
3)8
4)12
5)нет правильного ответа
6)затрудняюсь ответить 

7. Рентгеновская трубка, работающая под напряжением 50 кВ и потребляющая ток 2 мА, излучает 5×1013 фотонов с длиной волны 0,1 нм. Найти КПД трубки.

1)0.2
2)0.1
3)0.25
4)0.05
5)0.04
6)затрудняюсь ответить 

8. С какой скоростью растет толщина покрытия стенки серебром при напылении, если атомы серебра, обладая энергией Е = 10−17 Дж, производят давление на стенку p = 0,1 Па? Атомная масса серебра A = 108, его плотность ρ = 10,5 г/см3.

1)9×10−8 см/с
2)4×10−6 см/с
3)2.5×10−8 см/с
4)1.6×10−7 см/с
5)нет правильного ответа
6)затрудняюсь ответить 

9. Чему равно задерживающее напряжение для фотоэлектронов, вырываемых с поверхности металла светом с энергией фотонов 7,8×10−19 Дж, если работа выхода из этого металла 3×10−19 Дж?

1)6 В
2)5 В
3)4 В
4)2 В
5)3 В
6)затрудняюсь ответить 

10. Капля воды объемом 0,2 мл поглощает за время 1 c количество N = 1018 фотонов монохроматического света длиной волны 0,75 мкм. Найти скорость повышения температуры воды. Считать известными удельную теплоемкость воды, ее плотность, скорость света вакууме и постоянную Планка. Потерями энергии пренебречь.

1)0.31 К/с
2)0.031 К/с
3)3.1 К/с
4)2.2 К/с
5)0.22 К/с
6)затрудняюсь ответить 

Ответы

1-3

2-2

3-4

4-3

5-2

6-5

7-2

8-1

9-3

10-1

13. Домашнее задание

§§  88,89 повторить; № 808-812

Выводы.

1. Тело теряет заряд только в том случае, если оно заряжено отрицательно.
2. Причиной ухода зарядов в цинковой пластине является свет, причём под действием квантов света выбиваются только электроны.
3. Интенсивность выбивания электронов зависит от рода металла.

              В результате фотоэффекта возникает ток, который называется фототоком.   Фототок – движение вырванных светом из катода электронов.

   Силу фототока измеряют миллиампером или гальванометром; напряжение между электродами измеряется вольтметром.
      С помощью такой установки можно измерить число ежесекундно вырванных светом электронов, а так же максимальную кинетическую энергию вырванных электронов.    
Исследуя зависимость фототока от приложенного напряжения, А.Г. Столетов установил, что он не подчиняется закону Ома.  Из графика видно, что фототок сначала растёт, а затем при сравнительно не большом напряжении перестаёт расти.

Максимальное значение фототока называют фототоком  насыщения.

          Если изменить полярность источника напряжения, то сила тока уменьшится и при не котором задерживающем напряжении она станет равной нулю. В этом случае электрический ток тормозит фотоэлектроны до полной остановки, а затем возвращает их на катод.
Фотоэлектрон – электрон, вырванный светом из вещества.   

  И еще одно очень важное замечание, на которое я хочу обратить ваше внимание.
Если электроны, вырванные светом, покидают вещество, то такой фотоэффект называют внешним.  

Выводы

Законы фотоэффекта

1. Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света , падающего на катод

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна

частоте света и не зависит от его интенсивности

3. Для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен.

  Объяснение законов фотоэффекта дал в 1905 году Альберт Эйнштейн на основе гипотезы Планка.

За уравнение для фотоэффекта в 1921 году Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия.

   Квантовая теория дает следующие объяснения законам фотоэффекта.

При увеличении интенсивности монохроматического излучения растет число поглощенных металлом квантов, а следовательно и число вылетающих из него электронов, поэтому фототок прямо пропорционален интенсивности излучения (1 закон).

  Из уравнения Эйнштейна видно, что кинетическая энергия вылетающих электронов зависит только от рода металла, состояния его поверхности и частоты (или длины волны) излучения, то есть величины энергии квантов и не зависит от интенсивности излучения (2 закон).   Если величина энергии квантов меньше работы выхода, то при любой интенсивности излучения электроны вылетать не будут (3 закон).

Эта граница для разных веществ различна, так как работа выхода зависит от рода вещества. При этом кинетическая энергия электронов равна нулю.