МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ по теме: «Решение задач на фотоэффект»
методическая разработка по физике (11 класс)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ПРАКТИЧЕСКРМУ ЗАНЯТИЮ

по теме: « Решение задач на  фотоэффект»

Цель: расширить и углубить знания по разделу «Квантовая физика», сформировать умения и навыки нахождения физической величины - вывод физической величины из формулы.

Задачи:

-  закрепить знания по теме «Фотоэффект. Законы фотоэффекта»;                                                                 -  продолжить формирование умений применять теоретические знания при решении задач;                                     - познакомиться с приемами  решения задач на уравнение Эйнштейна для фотоэффекта;                        -  в процессе решения задач научиться выявлять причинно-следственные связи, выдвигать гипотезу решения задачи, находить аргументы для доказательства своих утверждений, задавать параметры и критерии решения, анализировать полученные в ходе решения задачи результаты, интегрировать знания из разных предметных областей.

Инструменты, приспособления, оборудование:

- мультимедийная аудитория, компьютер, комплект учебно-наглядных пособий, в т.ч. на электронных носителях;                                                                                                                                - тетрадь.

Задание:

1. Записать  в тетради название практической работы.

2.  Принять участие в обсуждении вопросов по теме практического занятия.

Вопросы для обсуждения:

1. Какое явление называют внешним фотоэффектом?

2. Какие законы фотоэффекта были установлены А.Г. Столетовым?

3. Что такое красная граница фотоэффекта?

4. Как объяснил законы фотоэффекта А.Г.Столетов?

5. Какие свойства света(волновые или корпускулярные) подтверждает явление фотоэффекта?

3. Рассмотреть пример решения задачи по данной теме.

Задача

Минимальная частота света, при которой наступает фотоэффект(красная граница фотоэффекта) . Какова длина волны  излучения, действующего на катод, если задерживающее напряжение  2 В?

4. Выбрать и решить задачи из предложенного списка.                                                                                                

Инструкция по решению задач.

1) Решение расчётных задач оформите в соответствии с правилами: дано, решение, вычисления, ответ.

2)    Проверьте единицы измерения физических величин:

а)     перевод в СИ;

б)  запишите ответ полученной физической величины обязательно с единицами измерения.

 3)    Проанализируйте, если возможно, реалистичность полученного результата.

 4)    На задания – вопросы необходимо дать обоснование выбранного ответа.

Примечание: Часть I обязательна для выполнения всеми студентами, часть II решается студентами по желанию после выполнения части I.

Задания I части:

1. Выразите в джоулях и в электрон-вольтах энергию фотона ультрафиолетового излучения частотой 6 ∙ 1015 Гц.
2. У какого света — красного или зеленого — энергия фотона больше?
3. Сравните энергии фотонов видимого света, инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений.
4. На поверхность металла падают фотоны с энергией 2 эВ. Может ли свободный электрон в металле поглотить энергию 1 эВ? 2 эВ? 3 эВ? 4 эВ?
5. Как изменяются при удалении источника света от вакуумного фотоэлемента:

        а)        максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов;

        б)        количество фотоэлектронов, ежесекундно вылетающих с поверхности катода?

6. Работа выхода электронов из натрия равна 3,6 ∙ 10-19 Дж. Возникает ли фотоэффект при облучении натрия видимым излучением? Инфракрасным?
7. При освещении поверхности металла светом частотой 5 ∙ 1014 Гц вылетают фотоэлектроны. Какова работа выхода электронов из металла, если максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов 1,2 эВ?
8. Определите наибольшую скорость электронов, вылетевших из цезия при освещении его светом частотой 7,5 ∙ 1014 Гц.
9. Работа выхода электронов из кадмия равна 4,08 эВ. Какова частота света, если максимальная скорость фотоэлектронов 7,2 ∙ 105 м/с?
10. Каково задерживающее напряжение для электронов, вырванных ультрафиолетовым излучением с длиной волны 0,1 мкм из вольфрамовой пластины?
11. Какова максимальная скорость фотоэлектронов, вылетающих при действии на поверхность цинка ультрафиолетового излучения с длиной волны 150 нм?
12. Красная граница фотоэффекта для некоторого металла 497 нм. Какова скорость электронов, выбиваемых из пластины светом с длиной волны 375 нм?
13. Найдите задерживающую разность потенциалов для фотоэлектронов, вырываемых с поверхности натрия светом с длиной волны 400 нм.

Задания II части:

1. На сколько надо изменить частоту падающего на поверхность металла излучения, чтобы максимальная скорость фотоэлектронов увеличилась от 500 до 800 км/с?
2. Какова максимальная скорость фотоэлектронов при действии на катод света длиной волны 450 нм, если красная граница фотоэффекта для данного катода 600 нм?
3. На рисунке представлен результат экспериментального исследования зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего на катод фотоэлемента света. Используя эти результаты, определите (в электрон-вольтах) работу выхода электронов и максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов при частоте падающего света 7 ∙ 1014 Гц.

4. Фотоэлектроны, вырванные е поверхности металла излучением частотой ν1 = 2 ∙ 1015 Гц, полностью задерживаются тормозящим электрическим полем при напряжении U1 = 7 В, а излучением частотой ν2 = 4 ∙ 1015 Гц – при напряжении U2 = 15 В. Какое значение постоянной Планка получается на основе этих экспериментальных данных?
5. Когда на поверхность металла действует излучение длиной волны 500 нм, задерживающее напряжение равно 0,6 В. Каково задерживающее напряжение при действии на эту поверхность излучения длиной волны 350 нм?
6. При освещении катода фотоэлемента монохроматическим светом с частотой ν1 максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов Е1, а при облучении светом с частотой ν2 = 3ν1 она равна Е2. Каково соотношение между значениями Е1 и Е2?

Методические рекомендации по подготовке к                                                                                практическому занятию

1. Ознакомиться с теоретическими и учебно-методическими  материалами по теме.

2. Записать формулировки  законов, основные уравнения и список основных  физических терминов - определений понятий и физических величин с указанием их характера,  формул  расчета и единиц измерения.

Фотоэффект — явление испускания электронов веществом под действием света.

Внешний фотоэлектрический эффект– явление вырывания электронов с поверхности металла под действием света ( явление открыл Г. Герц (1887г.), исследовал и установил его законы выдающийся русский физик А.Г. Столетов (1888 – 1890гг.), объяснил А. Эйнштейн  (1905 г. с точки зрения квантовых свойств света)                                                                                         Законы внешнего фотоэффекта: 1.Сила фототока насыщения прямо пропорциональна падающему на катод световому потоку Ф. II. Максимальная кинетическая энергия вырванных фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте падающего света и не зависит от интенсивности света. III. Для каждого вещества существует минимальная частота (или максимальная длина волны), при которой начинается фотоэффект:.                                                  Красная  граница фотоэффекта - минимальная частота (или максимальная длина волны), при которой начинается фотоэффект.                                                                                                           Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта: или , где hν или  - энергия фотона, Ав – работа выхода электрона из металла;  - максимальная кинетическая энергия вырванных светом фотоэлектронов. При красной границе фотоэффекта энергии фотона хватает только на совершение работы выхода без приобретения кинетической энергии.

Шкала  оценивания                                                                                      Продолжительность выполнения практической работы 1ч. 

Часть I обязательна для выполнения всеми студентами, часть II решается по желанию после выполнения части I.                                                                                                                                Максимальный бал за практическое занятие  – 5 баллов.