Урок физики по теме "Фотоэффект"

Урок по физике для студентов 2 курса НПО "Фотоэффект"

Цели урока:

1. Образовательные: сформировать у учащихся представление о фотоэффекте и изучить его законы, которым он подчиняется; проверить законы фотоэффекта с помощью виртуального эксперимента.
2. Развивающие: развивать логическое мышление.
3. Воспитательные: воспитание коммуникабельности (умения общаться), внимания, активности, чувство ответственности, привитие интереса к предмету.

Ход урока

I. Организационный момент.

– Тема сегодняшнего урока “Фотоэффект”.

При рассмотрении этой интересной темы мы продолжаем изучать раздел “Квантовая физика”, постараемся выяснить какое действие оказывает свет на вещество и от чего зависит это действие. Но сначала мы повторим материал, пройденный на прошлом уроке, без которого сложно разобраться в тонкостях фотоэффекта. На прошлом уроке мы рассмотрели гипотезу Планка.

- Как называется минимальное количество энергии, которое может излучать и поглощать система? (квант)

-Кто впервые вводит в науку понятие «квант энергии»? (М.Планк)

-Объяснение, какой экспериментальной зависимости способствовало зарождению квантовой физики? (закон излучения разогретых твёрдых тел)

- Какого цвета мы видим абсолютно чёрное тело? (любого цвета в зависимости от температуры)

III. Изучение нового материала

В начале 20в зародилась квантовая  теория – теория движения и взаимодействия элементарных частиц и состоящих из них систем.

Для объяснения закономерностей теплового излучения М.Планк предположил, что атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями – квантами. Энергия каждой такой порции определяется формулой         E = h , где - постоянная Планка; v-частота световой волны.

Еще одним подтверждением правильности квантовой теории было объяснение Альбертом Эйнштейном в 1905г. явление фотоэффекта.

Фотоэффект – явление вырывания электронов из твердых и жидких веществ под действием света.

Виды ФОТОЭФФЕКТА:

1.    Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект наблюдается в твердых телах, а также в газах.

2.    Внутренний фотоэффект – это вызывание электромагнитным излучением переходы электронов внутри проводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу.

3.    Вентильный фотоэффект – возникновение фото - э.д.с. при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла. 

Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым. Наиболее полное исследование явления фотоэффекта было выполнено Ф. Ленардом в 1900 г. К этому времени уже был открыт электрон (1897 г., Дж. Томсон), и стало ясно, что фотоэффект (или точнее – внешний фотоэффект) состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света.

Исследование фотоэффекта.

Первые опыты по фотоэффекту были начаты Столетовым уже в феврале 1888 года.

В экспериментах использовался стеклянный вакуумный баллон с двумя металлическими электродами, поверхность которых была тщательно очищена. К электродам прикладывалось некоторое напряжение U, полярность которого можно было изменять с помощью двойного ключа. Один из электродов (катод K) через кварцевое окошко освещался монохроматическим светом некоторой длины волны ?. При неизменном световом потоке снималась зависимость силы фототока I от приложенного напряжения.

Законы фотоэффекта 

1. Фототок насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку.
2. максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно растет с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3. Для каждого вещества существует минимальная частота сета, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен.

Согласно гипотезе М. Планка, электромагнитная волна состоит из отдельных фотонов и излучение происходит прерывно – квантами, фотонами. Таким образом, и поглощение света должно происходить также прерывно – фотоны передают свою энергию атомам и молекулам вещества целиком.

– уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

mv² /2 = eU₀ – максимальное значение кинетической энергии фотоэлектрона;

– минимальная частота света, при которой возможен фотоэффект;

V max = hc/ Aвых – максимальная частота света, при которой возможен фотоэффект

 - красная граница фотоэффекта

 - импульс фотона

Беседа с уточнением терминов и понятий.

1. Явление испускания электронов веществом под действием света, называется…
2. Число электронов, вырываемых светом с поверхности вещества за 1с, прямо пропорционально…
3. Кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с … и не зависит от …
4. Для каждого вещества существует наименьшая частота света, при которой еще возможен фотоэффект. Эта частота называется…
5. Работа, которую нужно совершить для вырывания электронов с поверхности вещества, называется…
6. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта (формулировка)…  

IV. Закрепление и обобщение знаний.

Задача 1. Какова наименьшая частота света, при которой еще наблюдается фотоэффект, если работа выхода электрона из металла 3,3*10^-19 Дж?

Задача 2. Определите энергию, массу и импульс фотона, соответствующую наиболее длинным и наиболее коротким волнам видимой части спектра?

Решение:

Задача 3. Найдите порог фотоэффекта для калия, если работа выхода А =1,32 ЭВ?

Решение:

В уравнение Эйнштейна

Используя выписанные вами формулы, следующие задачи решите самостоятельно.

1.      Работа выхода для материала пластины равна 4эВ. Пластина освещается монохроматическим светом. Какова энергия фотонов падающего света, если максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов равна 2,5эВ?

2.      На пластину из никеля попадает электромагнитное излучение, энергия фотонов которого 8эВ. При этом в результате фотоэффекта из пластины вылетают электроны с максимальной энергией 3эВ. Какова работа выхода электронов из никеля?

3.      Поток фотонов с энергией 12эВ выбивает из металла фотоэлектроны, максимальная кинетическая энергия которых в 2 раза меньше работы выхода. Определите работу выхода для данного металла.

4.      Работа выхода электрона из металла . Найдите максимальную длину волны излучения, которым могут выбиваться электроны.

5.      Определите работу выхода электронов из металла, если красная граница фотоэффекта равна 0,255 мкм.

6.      Для некоторого металла красной границей фотоэффекта является свет с частотой . Определите кинетическую энергии, которую приобретут электроны под действием излучения с длиной волны

7.      Найдите энергию фотона с длиной волны .

8.      Найдите кинетическую энергию электрона, вырываемая с поверхности Na фиолетовым светом с длиной волны . Работа выхода Na равен 2,28эВ.

9.      Найдите красную границу   фотоэффекта для натрия.

10.  Найдите длину волны света, которым освещается поверхность металла, если фотоэлектроны имеют кинетическую энергию , а работа выхода электрона  из металла равна .

VI. Домашнее задание.

Учебник Физика 11 под ред. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев. § 88-88 Упр. 12 № 6.

Подготовить презентацию на тему «Применение фотоэффекта»