Решение по физике 11 кл фотоэффект. Мотивация познавательной деятельности
2. Кто является основоположником 2. Кто является основоположником квантовой физики? квантовой физики? Макс Планк. Великий немецкий физик – теоретик, основатель квантовой теории Повторение 1. Какие из физических явлений не смогла объяснить классическая физика? классическая физика? строение атома, происхождение линейчатых спектров, тепловое излучение – современной теории движения, взаимодействия и взаимных превращений микроскопических частиц.
3. Как атомы испускают энергию согласно гипотезе Планка? Повторение отдельными порциями - квантами 4. Чему равна эта энергия? E = h v 5. Чему равна постоянная Планка? h = 6, Джс
Эксперимент 1. Цинковую пластину, соединенную с электроскопом, заряжают отрицательно и облучают ультрафиолетовым светом. Она быстро разряжается. Свет вырывает электроны с поверхности пластины 2. Если же её зарядить положительно, то заряд пластины не изменится. Вывод
Эксперимент Этот факт нельзя объяснить на основе волновой теории света. Почему световые волны малой частоты не могут вырывать электроны, если даже амплитуда волны велика и, следовательно, велика сила, действующая на электрон? Количественные закономерности фотоэффекта были установлены русским физиком А. Г. Столетовым
Схема экспериментальной установки Катод K Стеклянный вакуумный баллон Двойной ключ для изменения полярности Кварцевое окошко Анод А Источник напряжения U Источник монохроматического света длины волны λ Потенциометр для регулирования напряжения Электроизмерительные приборы для снятия вольтамперной характеристики Кварцевое окошко
Законы фотоэффекта Пока ничего удивительного нет: чем больше энергия светового пучка, тем эффективнее его действие чем больше энергия светового пучка, тем эффективнее его действие Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 секунду, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны.
Максимальное значение силы тока называется током насыщения. Ток насыщения определяется количеством электронов, испущенных за 1 секунду освещенным электродом. По модулю задерживающего напряжения можно судить о скорости фотоэлектронов и об их кинетической энергии
Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности. При
Теория фотоэффекта А. Эйнштейн 1905 год Поглотив квант света, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода, покидает вещество. 2 2 mυmυ Ah Свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями - квантами Фотоэффект практически безынерционен, так как с момента облучения металла светом до вылета электронов проходит время 10 с.
Экспериментальное определение постоянной Планка Как следует из уравнения Эйнштейна, тангенс угла наклона прямой, выражающей зависимость запирающего потенциала Uз от частоты ν, равен отношению постоянной Планка h к заряду электрона e: тангенс угла наклона прямой, выражающей зависимость запирающего потенциала Uз от частоты ν, равен отношению постоянной Планка h к заряду электрона e: Это позволяет экспериментально определить значение постоянной Планка. Это позволяет экспериментально определить значение постоянной Планка..
1. В каком случае электроскоп, заряженный отрицательным зарядом, быстрее разрядится при освещении: 1. рентгеновским излучением; 2. ультрафиолетовым излучением? Одновременно. 4. Электроскоп не разрядится в обоих случаях. Решение задач
4. При освещении катода вакуумного фотоэлемента потоком монохроматического света происходит освобождение фотоэлектронов. Как изменится максимальная энергия фотоэлектронов при уменьшении частоты в 2 раза? 1. Не изменится. 2. Уменьшится в 2 раза. 3. Уменьшится более чем в 2 раза. 4. Уменьшится менее чем в 2 раза.
Длина волны рентгеновского излучения равна 10 м. Во сколько раз энергия одного фотона этого излучения превосходит энергию фотона видимого света c длиной волны 4 10 м?
6. Для опытов по фотоэффекту взяли пластину из металла с работой выхода 3,4 10 Дж и стали освещать ее светом частоты 6 10 Гц. Затем частоту уменьшили в 2 раза, одновременно увеличив в 1,5 раза число фотонов, падающих на пластину за 1 с. В результате этого число фотоэлектронов, покидающих пластину за 1 с, 1. увеличилось в 1,5 раза 2. стало равным нулю 3. уменьшилось в 2 раза 4. уменьшилось более чем в 2 раза
6. 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. Задерживающее напряжение U, в 0, 40,9 Частота света, v 10, Гц 5, 56, 9 14 Постоянная Планка по результатам этого эксперимента равна 1. 6, 6 10 Дж с 2. 5, 7 10 Дж с, 3 10 Дж с 4. 6, 0 10 Дж с -34
Решение задачи 6 вычитаем hν 1 = А + hν 2 = А + = еU з h (v 2 – v 1) = е (Uз 2 – Uз 1) h = h = 5,7 · Дж·с
7. Фотоэффект наблюдают, освещая поверхность металла светом фиксированной частоты. При этом задерживающая разность потенциалов равна U. После изменения частоты света задерживающая разность потенциалов увеличилась на ΔU = 1,2 В. Насколько изменилась частота падающего света? 1. 1,8 · 10 Гц 2. 2,9 · 10 Гц 3. 6,1 · 10 Гц 4. 1,9 · 10 Гц
8. Красная граница фотоэффекта исследуемого металла соответствует длине волны кр = 600 нм. При освещении этого металла светом длиной волны максимальная кинетическая энергия выбитых из него фотоэлектронов в 3 раза меньше энергии падающего света нм нм нм нм Какова длина волны падающего света?
9. Фотон с длиной волны, соответствующей красной границе фотоэффекта, выбивает электрон из металлической пластинки (катода) сосуда, из которого откачан воздух. Электрон разгоняется однородным электрическим полем напряженностью Е = 5·10 В/м. Какой путь пролетел в этом электрическом поле электрон, если он приобрел скорость 3·10 м/с. Релятивистские эффекты не учитывать. 4 6
Рефлексия. Учитель: Предлагает проанализировать свою деятельность на уроке. Учащиеся: Анализируют, записывают свои мысли на листочках, которые учитель заранее выдал им на парты. 1. Сегодня на уроке я научился: 2. Сегодня на уроке мне понравилось: 3. Сегодня на уроке мне не понравилось:
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Цели урока:
- сформировать у учащихся представления о фотоэффекте и изучить его законы;
- развивать познавательную активность школьников с помощью проблемных вопросов, исторического материала;
- сформировать понятие кванта энергии, расширить представления учащихся об области применения закона сохранения энергии;
- сформировать умение решать задачи с использованием уравнения Эйнштейна;
- продолжить формирование познавательного интереса к предмету.
ХОД УРОКА
1. Организационный момент
2. Повторение
В предыдущей главе были рассмотрены трудности, возникшие при описании движения тел с релятивистскими скоростями, и показаны пути решения этой проблемы, с которой столкнулась физика в начале ХХ века. Все это вместе создало ситуацию, которая была названа кризисом классической физики. Разрешить этот кризис удалось путем создания теории относительности и квантовой теории – двух фундаментальных теорий, возникших в начале ХХ века.
(Слайды 2, 3)
3. Введение нового материала:
1) В развитии представлений о природе света важный шаг был сделан при изучении одного замечательного явления.
Опыты Г. Герца – (Слайды 4-6)
2) Для того чтобы получить о фотоэффекте более полное представление. Нужно выяснить, от чего зависит число вырванных светом электронов и чем определяется их скорость и кинетическая энергия.
Опыты А. Г. Столетова. Изучение устройства и работы установки Столетова. (Слайд 7)
3) Законы фотоэффекта, экспериментально установленные А. Г. Столетовым. (Слайды 8-10)
4) Теория фотоэффекта
Объяснение фотоэффекта было дано в 1905 году А. Эйнштейном, развившим идеиМ. Планка о прерывистом испускании света. В экспериментальных закономерностях фотоэффекта Эйнштейн увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями.
Историческая справка
Шестнадцать лет спустя классическую простоту уравнения Эйнштейна Шведская академия наук отметила Нобелевской премией. Но в 1905 году, когда уравнение было написано впервые, на него ополчились все, даже Планк. Эйнштейн поступил так. Как будто до него вообще не существовало физики, или, по крайне мере. Как человек. Ничего не знающий об истинной природе света. Здесь сказалась замечательная особенность ума Эйнштейна: в совершенстве владея логикой, он больше доверял интуиции и фактам, причем случайных фактов в физике для него не существовало. Поэтому в явлении фотоэффекта он увидел не досадное исключение из правил оптики, а сигнал природы о существовании еще неизвестных, но глубоких законов. Так уж случилось. Что исторически сначала были изучены волновые свойства света. Только в явлении фотоэффекта физики впервые столкнулись с его корпускулярными свойствами. У большинства из них инерция мышления была настолько велика, что они отказывались верить.
5) Красная граница фотоэффекта
Для каждого вещества фотоэффект наблюдается лишь в том случае, если частота света v света больше минимального значения vmin . Ведь, что бы вырвать электрон из металла даже без сообщения ему кинетической энергии, нужно совершить работу выхода А.
6) Экспериментальное определение постоянной Планка. (Слайд 13)
4. Решение задач
Все задания в презентации взяты из материалов ЕГЭ по физике. Можно выбрать задачи любого уровня: в презентации присутствуют задания:
Части А
– базового уровня с ответами
(Слайды 14-19);
ЧастиВ
– повышенного уровня с
ответами и решениями (Слайды 20-25);
Части С
с ответами и решениями
(Слайды 26-31).
5. Обобщение урока
- В начале ХХ века зародилась квантовая теория – теория движения и взаимодействия элементарных частиц и состоящих из них систем.
- Для объяснения теплового излучения М. Планк предположил, что атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями – квантами.
- Поглощается электромагнитная энергия тоже отдельными порциями. Это подтверждает явление фотоэффекта открытого Г. Герцем и экспериментально исследованного А. Столетовым.
- Объяснение фотоэффекта было дано А. Эйнштейном.
- При излучении и поглощении свет проявляет корпускулярные свойства.
6. Задание на дом: § 88, 89 задание № 3 Части А – повышенный уровень (Слайд 24)
7. Оценки за урок
8. Рефлексия (Слайд 32)
Цель: понятие явления фотоэффекта, исследование и объяснение его законов.
Задачи
образовательные: формирование представлений о дискретных свойствах света и электромагнитных полей, навыков исследовательской работы;
воспитательные: развитие интереса к физике, самостоятельности, взаимопомощи, гуманности;
развивающие: формирование умений наблюдать, сравнивать, делать выводы.
Оборудование: прибор демонстрации законов фотоэффекта, компьютер, экран, проектор, компьютерная интерактивная модель изучения законов фотоэффекта.
План урока.
Организационный момент (1 мин).
История открытия фотоэффекта. Основные понятия фотоэффекта (4 мин).
Законы фотоэффекта А. Столетова (14 мин).
Теория фотоэффекта А. Эйнштейна (5 мин).
Упражнения на закрепление (4 мин).
Проверочная работа (10 мин).
Итоги урока. Домашнее задание (2 мин).
Ход урока.
Организационный момент. Постановка цели и задач.
История открытия и изучения фотоэффекта и основные понятия.
Учитель: фотоэффект открыл Г. Герц в 1887 г (электродуговая лампа, разряд отрицательно заряженного электроскопа под действием света), исследовал А. Столетов в 1888 г, создал теорию А.Эйнштейн в 1905 г.
Демонстрация фотоэффекта на цинковой пластине под действием ультрафиолетового света.
Основные понятия.
Фотоэффект - вырывание светом электронов (фотоэлектронов) из вещества. Работа выхода – работа для выхода электрона из вещества, зависит от рода вещества. Фототок ток созданный фотоэлектронами и электрическим полем. Запирающее напряжение - напряжение на аноде при котором нет фототока. q|U_з |=W_кm=(mv_m^2)/2,1эВ=1.6*〖10〗^(-19)Дж. Освещённость – мощность энергии излучения на единицу поверхности. ВАХ – вольтамперная характеристика, график зависимости силы тока и напряжения.
Изучение нового материала с использованием прибора демонстрации законов фотоэффекта и компьютерной модели.
Учитель: опишите и объясните поведение электронов при напряжении анода меньше запирающего.
Ученик: электроны возвращаются назад в вещество, электрическое поле анода их отталкивает.
Учитель: опишите и объясните поведение электронов при напряжении анода равным нулю.
Ученик: Часть электронов, возвращается назад (отталкиваются от впереди летящих электронов), часть достигают анода (с большей энергией).
Учитель: опишите и объясните поведение электронов при больших напряжениях анода.
Ученик: все вырванные электроны достигают анода, возникает ток насыщения.
Учитель: Опишите, как меняется фототок насыщения и количество фотоэлектронов от освещённости при постоянной частоте света.
Учитель: Опишите, как меняется фототок насыщения и количество фотоэлектронов от частоты света при постоянной освещённости.
Ученик: не зависит.
Учитель: сделайте вывод о зависимости количества фотоэлектронов от освещённости частоты света и запишите его. 1 закон Столетова: фототок насыщения и количество фотоэлектронов прямо пропорционально освещённости и не зависит от частоты света.
Учитель: опишите, как меняется запирающее напряжение и кинетическая энергия фотоэлектронов от освещённости.
Ученик: не меняется.
Учитель: опишите, как меняется модуль запирающего напряжения и кинетическая энергия фотоэлектронов от частоты света.
Ученик: прямо пропорционально.
Учитель: сделайте вывод о зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от освещённости и частоты света, запишите его. 2 закон Столетова: кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте света и не зависит от освещённости.
Учитель: определите, возникает ли фотоэффект при частоте света меньшей определённой «красной» границы при различных значениях освещённости.
Ученик: не возникает.
Учитель: запишите 3 закон Столетова: для каждого вещества существует «красная» граница – частота света, меньше которой фотоэффекта нет.
Учитель: можно ли объяснить существование «красной» границы фотоэффекта из теории, что свет электромагнитная волна? Нет.
Теория фотоэффекта.
М. Планк: свет атомами излучается отдельными порциями - квантами. Иначе тепловая смерть, т.к. нет равновесия вещества и его излучением. Дискретное распределение энергии в спектрах излучения.
E=hν,h-постоянная Планка,h=6,63*〖10〗^(-34) Дж*с=4,14*〖10〗^(-15) эВ*с
А. Эйнштейн: свет излучается, распространяется и поглощается квантами. Свет – поток частиц. Фотон частица света. Осуществляет электромагнитное взаимодействие. Электромагнитное поле дискретно. Характеристики фотона: энергия E=hν; масса m=hν/c^2 , масса покоя – ноль; импульс p=m*c=hν/c=h/λ
Уравнение фотоэффекта E_ф=hν=A_вых+W_k. Если энергия фотона меньше работы выхода, то фотоэффекта нет. Чем больше частота света, тем больше кинетическая энергия фотоэлектронов. Число фотоэлектронов пропорционально числу фотонов.
Упражнения на закрепление изученного материала.
У каких фотонов энергия больше красного или синего цвета? (синего)
Почему фотоплёнки проявляют при красном свете? (энергия фотонов не достаточна для засвечивания)
Как изменится количество фотоэлектронов при увеличении частоты света в 4 раза, при постоянной освещённости? (не изменится)
Как изменится кинетическая энергия фотоэлектронов при увеличении частоты света в 2 раза и освещённости в 5 раз? (увеличится в 2 раза).
Запирающее напряжение равно 1,5 В. Чему равна максимальная энергия фотоэлектронов. (1,5 эВ).
Как изменится ВАХ фотоэффекта при увеличении частоты света? (сдвинется влево).
Как изменится ВАХ фотоэффекта при уменьшении освещённости? (ток насыщения уменьшится).
Энергия фотона 5 эВ, работа выхода 2 эВ. Определите кинетическую энергию фотоэлектрона. (3 эВ).
Проверочная работа. Учитель раздаёт карточки с заданиями.
Подведение итогов.
Фотоэффект доказывает, что свет обладает свойствами частиц. Свет имеет электромагнитную природу, обладает свойствами волн и частиц - дуализм света. Чем больше частота света, тем больше выражены свойства частиц. Гипотеза Де Бройля: у частиц волновые свойства с длиной волны λ=h/mv Экспериментально доказано для микрочастиц (дифракция электронов на кристаллах).
Домашнее задание.
В этом разделе вы можете найти и бесплатно скачать презентации к урокам физики на тему Фотоэффект
Фотоэффект или фотоэлектрический эффект - испускание электронов веществом под действием света или любого другого электромагнитного излучения. В конденсированных (твёрдых и жидких) веществах выделяют внешний и внутренний фотоэффект.
Законы Столетова для фотоэффекта:
Формулировка 1-го закона фотоэффекта: Сила фототока прямо пропорциональна плотности светового потока.
Согласно 2-му закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3-й закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если
Теоретическое объяснение законов фотоэффекта было дано в 1905 году Эйнштейном. Согласно ему, электромагнитное излучение представляет собой поток отдельных квантов (фотонов) с энергией hν каждый, где h - постоянная Планка. При фотоэффекте часть падающего электромагнитного излучения от поверхности металла отражается, а часть проникает внутрь поверхностного слоя металла и там поглощается. Поглотив фотон, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода A, покидает металл: h \nu = A + W_{k} , где W_{k} - максимальная кинетическая энергия, которую имеет электрон при вылете из металла.
В 1839 году Александр Беккерель наблюдал явление фотоэффекта в электролите.
В 1873 году Уиллоуби Смит обнаружил, что селен является фотопроводящим. Затем эффект изучался в 1887 году Генрихом Герцем. При работе с открытым резонатором он заметил, что если посветить ультрафиолетом на цинковые разрядники, то прохождение искры заметно облегчается.
Исследования фотоэффекта показали, что, вопреки классической электродинамике, энергия вылетающего электрона всегда строго связана с частотой падающего излучения и практически не зависит от интенсивности облучения.
В 1888-1890 годах фотоэффект систематически изучал русский физик Александр Столетов. Им были сделаны несколько важных открытий в этой области, в том числе выведен первый закон внешнего фотоэффекта.
Схема эксперимента по исследованию фотоэффекта. Из света берётся узкий диапазон частот и направляется на катод внутри вакуумного прибора. Напряжением между катодом и анодом устанавливается энергетический порог между ними. По току судят о достижении электронами анода.
