урок 11 класс по теме "Фотоэффект"
план-конспект урока по физике (11 класс) на тему

Урок 11 класс

Тема: «Фотоэффект»

Цели :

Познавательная : формирование представлений о дискретных свойствах света и электромагнитных полей, навыков исследовательской работы;

Развивающая: формирование умений наблюдать, сравнивать, делать выводы.

Воспитательная :развитие интереса к физике, самостоятельность, воспитывать ответственность, гуманность,дисциплинированность.

Оборудование: прибор  для  демонстрации законов фотоэффекта, компьютер, экран, проектор, компьютерная интерактивная модель изучения законов фотоэффекта.

Тип урока :усвоения новых знаний.

Метод урока:  частично-поисковый, исследовательский( коллективная форма познавательной  деятельности)

Ход урока.

1.Оргмомент.

2.Изложение нового материала.

(Фотоэффект –единственное рассматриваемое в школе явление, позволяющее убедить учащихся в том, что свет обладает корпускулярными  свойствами.

Урок строится на представлении о процессе познания и деятельного подхода к обучению.

Объяснение  построено  по следующему плану.

1)представление фотоэффекта на основе волновой теории света.

2)разработка идеи эксперимента по проверке его ;конструирование установки ,проведение опыта ,формулирование суждения об истинности или ложности теоритического предвидения.

3)предсказание о том, как зависит скорость и число электронов, вырываемых светом в единицу времени с поверхности металла от характеристик падающего света.

4)выработка гипотезы: свет это поток частиц.

5)ее  экспериментальная проверка.)

Ход изложения нового материала.

Первый этап- предсказание явления фотоэффекта на основе волновой теории.

Учитель: Из предыдущих  уроков  вспомните:  какие явления могут происходить при  взаимодействии света с веществом.

Предполагаемые  ответы учеников: отражение ,преломление ,поглощение, дисперсия, поляризация.

Учитель : На последующих уроках мы продолжим рассмотрение этих явлений ,связанных со взаимодействием света и вещества. А сегодня нас будет интересовать другое: «Что происходит с веществом под действием света?» Предложите ,как нам искать ответ на этот вопрос.

Предполагаемые  ответы учеников: освещать различные вещества светом и фиксировать происходящие при этом в веществе.

Учитель :Давайте попытаемся путем  теоритических рассуждений получить предположение :что можно ожидать от эксперимента?

Предполагаемые  ответы учеников: Если рассмотреть структуру различных веществ и учесть, что свет это электромагнитная волна ,и при прохождении через вещество часть ее энергии может поглощаться и  следует выяснить куда  идет эта энергия и как она изменяет состояние структурных единиц вещества. Тогда мы сможем обосновано выдвинуть свои предположения.

Учитель : Хорошо. А теперь, в соответствии  с  вашей  программой  действий  даю вам задание для самостоятельного выполнения.

1. Вспомните ,какие модели строения вещества вам известны ;
2. В соответствии с этим решите ,как изменится  характер  движения и состояние атомов, ионов и электронов в веществе при поглощении им энергии световой волны;
3. Подумайте ,к каким явлениям это может привести.

 Ученики выполняют   данное задание по вариантам :

1. -для диэлектриков,
2. -для полупроводников
3. -для полупроводников

 Результаты оформляем в виде таблицы .

Учитель: И так , при освещении  веществ  можно ожидать разные эффекты :

1. Увеличение температуры;
2. Изменение проводимости;
3. Изменение заряда.

С первым явлением вы знакомы из жизни, второй  эффект –изучался в курсе 10 класса ,а

третий эффект это новый  для вас и требует экспериментальной проверки…

Давайте  дадим  название  теме  урока.

Предполагаемые  ответы учеников: Эффект от  действия  света  на  вещества.

Учитель :Хорошо. Тема нашего урока  и называется  «Фотоэффект»

Второй этап  изучения нового материала – экспериментальная проверка предсказания существования явления внешнего фотоэффекта.

Предполагаемые  ответы  учеников: Чтобы проверить наше предположение ,надо осветить поверхность какого-либо металла

Учитель: Проведем эксперимент –освещаем металлическую пластину, закрепленную на электроскопе ,лампой накаливания. Стрелка электроскопа   не отклоняется.

Что может означать отрицательные результаты?

Предполагаемые  ответы учеников: Электроскоп нечувствительный ,источник света слабый, расстояние между пластиной и лампой слишком большое.

Учитель: Изменяем опыт – приближаем лампу к пластине ,заменяем источник света на ультрафиолетовый ,а стрелка все равно не отклоняется. Как  это можно объяснить?

 Предполагаемые  ответы учеников: Видимо энергии света не хватает для выбивания электронов, при вылете электронов из нейтрального атома образец получает положительный заряд.

 Учитель :А как создать ситуацию, чтобы ,в которой даже при вылете образец не приобрел бы положительного заряда?

Предполагаемые  ответы учеников: Перед началом опыта зарядить пластину отрицательно.

Учитель: попробуем это сделать. Опыт  повторяем и наблюдаем, что уменьшается показания  электроскопа .Давайте сделаем вывод из опыта.

Предполагаемые  ответы учеников: Заряд металла изменяется под действием света.

Учитель: Давайте попробуем провести опыт с  пластинами  из других металлов.

(проведение эксперимента с разными пластинами)

Третий этап- предсказание зависимости числа выбитых фотоэлектронов и их скорости от характеристик падающего света.

Учитель: Итак, рассмотренное явление носит название внешний фотоэффект и состоит он в том, что под действием света  из вещества вырываются электроны. И мы должны

выяснить ,как влияет на результаты эксперимента изменение различных характеристик света ,например длины волны  света ,частоты ,энергии .

Таким образом, нам необходимо установить:

1. Зависит ли число фотоэлектронов от интенсивности и частоты световой волны ,и если да, то как;
2. Зависит ли скорость фотоэлектронов  от  интенсивности  и частоты световой волны, и если да, то как ;

Как  осуществить эти эксперименты? Рассуждения стройте ,исходя из предположения ,что свет это волна.

Ученики приходят к следующим выводам:

1. Число выбитых светом фотоэлектронов тем больше, чем больше интенсивность света;
2.  Скорость выбитых светом фотоэлектронов тем больше, чем больше

 интенсивность и частота  света.

  В ходе рассуждения  на экране появляется рис. из презентации .

   Гипотезы :

1) n= f (w)   w- интенсивность света

2) v=f (w, y)    y–частота

Четвертый этап – подготовка экспериментальной установки

 для проверки гипотезы.

Учитель: Что должно быть в установке, для проверки гипотез? И как измерить число вырываемых электронов из метала?

Предполагаемые  ответы учеников: Надо менять характеристики света при помощи светофильтров(при этом будет  меняться  частота света)

И надо «заставить» электроны создавать электрический ток и измерять силу тока.

Учитель: Хорошо. Если использовать ультрафиолетовый свет ,то пройдет ли он через стекло?

Предполагаемые  ответы учеников. Нет. Надо кварцевое .

Учитель. А как можно получить информацию о скорости электронов?

Предполагаемые  ответы учеников: По тормозному пути ,можно предположить, что если затормозить  электроны ,подав на пластины напряжение  противоположной  полярности.

Тогда можно по закону сохранения энергии :

     Mv 2/2=eUз найти скорость.

Учитель. Давайте посмотрим  установку , которая позволит проверить гипотезы.

Пятый этап -   экспериментальная проверка выдвигаемой гипотезы.

Учитель проводит опыт по описанию в  книге «Демонстрационный эксперимент», по полученным данным  строит  вольт-амперную характеристику явления.

По графику зависимости фототока и напряжения  делаем с учениками вывод ,как зависит запирающее напряжение от тока. В результате приходим к заключению :

-первая гипотеза экспериментально подтверждается;

- вторая гипотеза –частично.

Шестой этап – выработка новой рабочей гипотезы.

Учитель :Свет –это волна, и этот факт объясняет такие свойства света, как дифракция ,поляризация, интерференция. Но иногда такие представления приводят к неверным  гипотезам и необходимо менять представление с новыми фактами.

Попробуем представить свет ,как поток частиц(фотонов).Этот факт представления возможно сможет объяснить, почему скорость выбитых  электронов не зависит от интенсивности. Предположим, что один  фотон выбивает один электрон и как применить закон сохранения энергии для акта взаимодействия  фотона и электрона.

Предполагаемые  ответы учеников :Энергия фотона идет на вырывание электрона из металла и на сообщение электрону кинетической энергии:

 E= A+ mv2/2;  Если учесть ,что энергия света зависит от частоты света и работа по преодолению сил кулоновского притяжения определяется только свойствами металла, энергию фотона можно  выразить так : E= h y? Где  y-частота света.

Учитель: Тогда закон сохранения энергии будет выглядеть  так : h y = A+ mv2/2 – это уравнение А. Эйнштейна .Из  этого уравнения следует, что скорость  фотоэлектронов определяется только частотой падающего света.

В ходе обсуждения результатов формируются следующие выводы :

1. Первый закон можно объяснить с помощью первой гипотезы.
2. Если принять ,что новая гипотеза верна ,то фотоэффект можно наблюдать только при  минимальной  частоте падающего света ,где y min=А/h ;

Минимальная  частота света, при которой может наблюдаться фотоэффект ,получила название красной границы, а само условие существования фотоэффекта- третьего закона фотоэффекта. И вывод  из всего сказанного «свет-поток частиц»

1. Закрепление нового материала (рефлексия)

      Ответить на вопросы (тест):

1. Какие вещества могут менять заряд под действие света?

1.Диэлектрики

2.Проводники

3.Полупроводники

2. Какие изменения может вызвать свет у веществ?

1.Нагревание

2.Охлаждение

3.Ни каких изменений

3. От чего зависит число выбитых электронов?

1.от интенсивности

2.от температуры

3.от времени освящения

4. О чего зависит скорость выбитых электронов ?

1.от температуры вещества.

2.от частоты светового потока

3.от качества материала

5. От чего зависит работа выхода электрона?

1.от частоты света

2.от вещества

3.от напряжения.

6. Красная граница ,это:

1.  максимальная  длина волны падающего  света;

2.минимальная частота падающего света;

3.и 1) и 2)

На доске или на экране после сдачи ответов показываются ответы и учащиеся сами проверяют ответы и выставляют себе оценки.

Домашние задание :инструктаж по выполнению домашнего здания.

Прочитать параграф 87-89,изучить записи в тетради и решить задачи  из упр.12 (3,4)