Разработка урока по физике Фотоэффект и его законы

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛГОРОДСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

Отделение ПКР

Методическая разработка

урока по физике.

Тема: «Фотоэлектрический эффект

и его законы»

Преподаватель высшей категории:

Лукинова Л. П.

Белгород-2014

Тема. Фотоэлектрический эффект и его законы.

Цели: 1. Дать понятие фотоэффекта, выяснить причину его появления. Изучить законы, которым подчиняется фотоэффект.

2. Развивать умения анализировать материал, из потока информации выделять главное и самостоятельно делать выводы.

3. В воспитательных целях познакомить уч-ся с историей открытия и исследования фотоэффекта; показать роль русского ученого А.Г. Столетова в развитии квантовой физики.

Тип урока. Урок изучения новых знаний.

Оборудование: проектор, компьютер, плакат.

Оборудование: электроскоп, цинковая пластина, эбонитовая палочка, кусок меха, осветитель, синий светофильтр, самодельное устройство для включения и выключе­ния уличного освещения.

Ход урока

Преподаватель: Этот урок хочу начать с демонстрации устройства, сделанного уч-ся нашего училища. Работа этого устройства основана на явлении о котором сегодня пойдет речь (демонстрация работы устройства для автоматического влючения и выключения уличного освещения). Я думаю, что вам интересно узнать, как работает этот прибор и для чего он служит?

Его работа основана на явлении фотоэлектрического эффекта. Как вы уже по­няли, мы продолжаем изучать природу света и световые явления. Для начала давай­те вспомним, что такое свет и какова его природа?

Уч-ся: Свет - это электромагнитные волны.

Преподаватель: Скажите, а какие световые явления мы уже изучили? Уч-ся: Интерференция, дисперсия света.

Преподаватель: Что называется дисперсией света? Вспомните опыт по дисперсии света? Что называется спектром?

Уч-ся: Дисперсия - это зависимость показателя преломления света от его цвета (длины). Пройдя свет через стеклянную призму, разлагается на семь лучей разного цвета и на экране образуется цветная полоска, называемая спектром.

Преподаватель: Чем луч одного цвета, отличается от луча другого цвета.

Уч-ся: длиной и частотой.

Преподаватель: У каких лучей самая большая частота и самая маленькая длина?

Уч-ся: У фиолетовых.

Преподаватель: Какие лучи находятся за фиолетовыми и что вы можете о них ска­зать?

Уч-ся: Ультрафиолетовые. У них длина еще меньше, а частота больше, они неви­димы.

Преподаватель: Что называется интерференцией света? Дифракцией света? Уч-ся: Интерференция - огибание волнами препятствий.

Преподаватель: На основе, каких свойств света объясняются эти явления?

Уч-ся: Волновых свойств.

Преподаватель: Верно, на основе волновых свойств. Но мы знаем, что свету харак­терна двойственность: при распространении свет ведет себя как волны, при взаимо­действии с в-вом как поток частиц (квантов). Световые явления на основе кванто­вых свойств света изучает квантовая оптика («Световые кванты»). Открытие фото­эффекта и послужило началом развития квантовой физики, заставило вернуться к ранее забытой корпускулярной теории света, предложен Ньютоном. Поэтому этот урок играет очень важную роль в дальнейшем изучении квантовой физики (атомная, ядерная, физика элементарных частиц). Сегодня мы должны познакомиться с этим замечательным явлением, с его историей открытия, дать ему определение и выявить причину его возникновения. Посмотрев видеосюжет, сформулировать законы, кото­рым подчиняется ф/эф. Запишите тему урока (запись на доске и в тетрадях).

И еще хочу вас заинтересовать, обратив ваше внимание на то, что ф/эф играет очень важную роль в нашей жизни в технике и непосредственно в вашей профессии. Это и дистанция управления (благодаря ему мы живем комфортно), с помощью ф/эф заговорило кино, автоматизация пр-ва, техника охраны труда и т. д. (более подробно на отдельной уроке) и наконец, для вашей профессии: возникновение телевиденья. Давайте вспомним ранее изученный материал, как преобразуется видимое изобра­жение в электрическое? (использование слайда).

Уч-ся: Падает свет на мозаичный экран и выбивает электроны с поверхности зерен серебра.

Преподаватель: Это и есть явление ф/эф. Запишите определение в тетрадях. От­крыл ф/эф немецкий ученый Герц 1887 году, но не дал правильного объяснения этому явлению. Эксперимент с цинковой пластиной и электроскопом.

Исследовал ф/эф и открыл его законы А. Г. Столетов (исп. плакат) 1888-1890 г. Немного из биографии: Александр Григорьевич Столетов родился в купеческой се­мье. После окончания в 1860 году московского университета физико-математического факультета был оставлен при университете для подготовки к про­фессорскому званию. Защитив докторскую диссертацию, Столетов организует фи­зическую лабораторию, где проводит исследование ф/эф. Эти исследования принес­ли ему мировую известность.

Изучить законы ф/эф и познакомиться с установленной Столетова нам помо­жет видеосюжет. Будьте внимательны, после просмотра, вы должны будете ответить на вопросы (записаны на доске).

1. От чего зависит число вырванных светом с поверхности в-ва фотоэлектронов?

2. Чем определяется скорость и кинетическая энергия фотоэлектронов?

Просмотр видеосюжета.

Преподаватель: Вторую часть фильма о ф/эф посмотрим на следующем уроке, а сейчас постарайтесь ответить к каким же выводам пришел А. Г. Столетов (помогут вопросы на доске).

Уч-ся: Количество электронов вырванных светом за 1с прямо пропорционально световому потоку.

Преподаватель: Это и есть I закон ф/эф. Запишите в тетради. Как ответить на вто­рой вопрос?

Уч-ся: Максимальная кинетическая энергия выбиваемых излучением электронов не зависит от интенсивности излучения, а определяется только его частотой. Преподаватель: Верно. Это второй закон ф/эф, запишите его в тетради. А теперь скажите, что представляет собой установка, с помощью которой и были определены эти закономерности, вам поможет плакат.

Уч-ся: У доски (используя плакат). Вакуумная колба с двумя электродами, один освещен, источник постоянного тока, амперметр, вольтметр и потенциометр. Преподаватель: Как была установлена зависимость кол-ва электронов от светового потока?

Уч-ся: (с помощью преподавателя). Внутрь баллона на отрицательный электрод поступает свет. На электроды подается напряжение, которое можно менять с помо­щью потенциометра и измерять вольтметром. Испущенные под действием света, электроны движутся к аноду, возникает электрический ток. Если, не меняя интен­сивности излучения, увеличить разность потенциалов между электродами, то сила нарастает. При некотором значении напряжения, она достигает максимального зна­чения, после чего перестает увеличиваться.

Преподаватель: Совершено, верно, т.к. все электроны, вырванные светом, дости­гают анода. И это максимальное значение силы тока называется током насыщения.

Ток насыщения определяется числом электронов, испущенных за 1С освещаемым электродом (рассматривая график на плакате).

Изменяя интенсивность излучения света, увеличивается значение тока насыщения, следовательно, увеличив число электронов.

Теперь остановимся на измерении кинетической энергии (или скорости) элек­тронов. При уменьшении напряжения до нуля, сила фототока будет отлична от нуля (рассмотрим график на плакате). Это означает, что часть электронов достигают ано­да, участвуя в теплом движении. Если изменить полярность батареи, сила тока уменьшится и при некотором напряжении. Из обратной полярности она станет рав­ной нулю. Это означает, что электрическое поле тормозит вырванные электроскопы до полной остановки, а затем возвращает их на электрод.

Работа электрического поля (на основании закона сохранении энергии) долж­на быть равна кинетической энергии электронов.

 

кинетическая работа

энергия эл. поля

электрона

Запишите это уравнение в тетрадях и зарисуйте график зависимости I от U

I закон фотоэффекта:

II закон фотоэффекта

Iн - ток насыщения

Uз - задержывающее напряжение

e = 1,6×10^-19 Кл - заряд электрона

m = 9,1×10^-31 кг - масса электрона

Следовательно, задерживающее напряжение зависит от максимальной кинети­ческой энергии, которую имеют электроны.

При изменении интенсивности света, задержавшиеся напряжение не меняется. Это означает, что не меняется кинетическая энергия электронов. С точки зрения волновой теории света этот факт не понятен. Ведь чем больше интенсивность света, тем больше силы действуют на электроны со стороны электромагнитного поля све­товой волны и тем большая энергия казалась бы, должна передаваться электронам. Как раз этот факт объясняется на основе квантовых свойств света, об этом речь пой­дет на следующем уроке. Как же было установлено, что кинетическая энергия фото­электронов зависит от частоты света.

Уч-ся:Были использованы разные светофильтры, пропускающие свет разной час­тоты.

Преподаватель: Это верно. И последнее, скажите, всегда ли наблюдается фотоэф­фект. Назовите случай, когда он не наблюдается.

Уч-ся: Не всегда. Для каждого в-ва существует минимальная частота света, при ко­торой еще возможен ф/эф. Ее называют красной границей ф/эф.

Преподаватель: Трудности в объяснении II закона ф/эф и сущности красной грани­цы на основе волновой теории света привели к созданию квантовой света (1905 года Эйнштейн). Но об этом пойдет речь на следующем уроке. Запишите домашнее зада­ние: §87.