Фотоэффект и его применение (конспект урока)

 

                                           Утверждаю

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    Зам.директора по УМР

                                                                                                                                                                 _______Г.В.Кадочникова       

                                                                                                                                                               «03» мая 2020

План учебного занятия

по  дисциплине «Физика» в гр. СМ-11( 2 часа)

Тема: «Фотоэффект, его законы и применение»

Цели:  обучающая:  сформировать у  студентов  понятие явления «фотоэффект», познакомить с его законами;

         развивающая: способствовать формированию коммуникативных способностей, умений анализировать и осуществлять поиск информации,  делать выводы;

        воспитательная: формировать умение работать в группе, коллективе(способствовать развитию личностных качеств студента (вырабатывать внимание, трудолюбие, стремление к познанию окружающего мира).

Тип урока: урок введения («открытия») нового знания.

Форма урока: интегрированный

Форма учебной деятельности: в парах, индивидуальная 

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, приборы для демонстрации опыта по фотоэффекту.

Структура урока

1)Организационный этап.

2). Мотивация учебной деятельности учащихся (сообщение студента по применению фотоэффекта – интересные факты)

3) Актуализация знаний (фронтальный опрос ранее изученного).

2)Изложение нового материала:

а) Демонстрация лабораторного эксперимента;

б) Поиск подтверждения выводов эксперимента по учебнику (Г.Я. Мякишев Физика 10 стр208-209);

3) Закрепление

а) практическая работа – решение задач на уравнение фотоэффекта и на условие фотоэффекта (в парах);

б) работа по карточкам с новыми терминами (индивидуальная);

4) Рефлексия (анализ итогов работы, формирование выводов по изученному материалу).

 

 

№	Структура	Содержание	Методы и формы	Средства	Межпредметные связи	Целеполагание	Мотивация	Рефлексия
	Организационный момент
1.	Мотивация учебной деятельности (хочу, надо, могу)	1.Фронтальный опрос по ранее изученному материалу. 2.Сообщение студента по применению фотоэффекта	Устный опрос   Дискуссия Не большая презентация	мультимедийный проектор
2.	Совершенствование ЗУН путем поэтапного решения рассматриваемого вопроса (изучение нового материала)	1.Выделение основных вопросов изучаемой темы. а) понятие фотоэффека б)законы фотоэффекта в)уравнение Эйнштейн г)условие фотоэффекта д)применение фотоэффекта	Демонстрация опыта, беседа, рассказ.	Приборы для эксперимента, учебник, мультимедийный проектор	Культура речи Риторика
3	Закрепление	Практическая работа: а) Решение задач б) Работа по карточкам	Работа в парах Индив. работа
4                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         .	Подведение итогов	1.Рефлексия 2.Оценивание работы студентов в парах. 3.Сравнение практической работы студентов с контрольной таблицей	Бланк контроля	Мультимедийная презентация

 

 

Преподаватель                                                                                                                                            Л.В.Ляшкова                                                                       ГБПОУ  «Березниковский строительный техникум»

 

 

 

 

Фронтальный опрос

1.Объяснить дуализм света.

2.Перечислить волновые свойства света.

3. Как испускают энергию атомы согласно гипотезе Планка?

4. Как выглядит формула энергии М. Планка?

5.Чему равна постоянная Планка?

Эксперимент

Видиоролик

 

Задание студентам, работающих  в парах: сформулировать 7-10  ключевых вопросов

Предполагаемые вопросы:

Задания в группах по карточкам

Задание практической работы.

Используя конспекты и учебники, заполнить таблицу по теме «Электрический ток в различных средах».

 

Опыты, продемонстрированные студентами из домашнего задания («Свечение соленого огурца», «Фруктовая батарейка»)

Тесты по теме «электрический ток в различных средах» (2 варианта)

 

 

Изложение нового материала

Актуализация

 В 1865 году Максвелл показал теоретически, что свет представляет собой электромагнитные волны порядка 400-800 нм. Теория Максвелла, подтвержденная опытами Генриха Герца, связывает  оптические, электрические и магнитные свойства вещества.  Однако по мере развития физики стали накапливаться и такие факты, которые не согласовывались не с классической теорией излучения, ни с волновыми представлениями о природе света.    Одно из таких явлений, фотоэффект,   был открыто Генрихом Герцем.  Фотоэффект - явление вырывания электронов из металла под действием света.     В  России исследованием этого явления занимался   Столетов.
 А теперь давайте выясним на опытах в чем суть этого явления. (Просматриваются видеоролики). А теперь давайте выясним на опытах в чем суть этого явления. (Просматриваются видеоролики).  

Выводы.

1.     Тело теряет заряд только в том случае, если оно заряжено отрицательно.

2.     Причиной ухода зарядов в цинковой пластине является свет, причём под действием квантов света выбиваются только электроны.

3.     Интенсивность выбивания электронов зависит от рода металла.

      3. Выполнение заданий учащимися 

  А сейчас нам предстоит узнать,  от чего зависит число вырванных светом с поверхности вещества фотоэлектронов, какова зависимость количества электронов от интенсивности световой волны.

     Я предлагаю  провести компьютерный эксперимент  и ответить на вопросы после его просмотра:

1.     Как двигаются фотоэлектроны.

2.     От чего зависит величина фототока.

3.     Какие лучи вызывают фотоэффект.

4.     От чего зависит кинетическая энергия фотоэлектронов.

5.     Что называется красной границей фотоэффекта.

         В результате фотоэффекта возникает ток, который называется фототоком.   Фототок – движение вырванных светом из катода электронов.

   Силу фототока измеряют миллиампером или гальванометром; напряжение между электродами измеряется вольтметром.
      С помощью такой установки можно измерить число ежесекундно вырванных светом электронов, а так же максимальную кинетическую энергию вырванных электронов.     
Исследуя зависимость фототока от приложенного напряжения, А.Г. Столетов установил, что он не подчиняется закону Ома.  Из графика видно, что фототок сначала растёт, а затем при сравнительно не большом напряжении перестаёт расти.

Максимальное значение фототока называют фототоком  насыщения.

          Если изменить полярность источника напряжения, то сила тока уменьшится и при не котором задерживающем напряжении она станет равной нулю. В этом случае электрический ток тормозит фотоэлектроны до полной остановки, а затем возвращает их на катод.
Фотоэлектрон – электрон, вырванный светом из вещества.   

  И еще одно очень важное замечание, на которое я хочу обратить ваше внимание. 
Если электроны, вырванные светом, покидают вещество, то такой фотоэффект называютвнешним.  

Выводы

Законы фотоэффекта

1. Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света , падающего на катод

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна

частоте света и не зависит от его интенсивности

3. Для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен.

  Объяснение законов фотоэффекта дал в 1905 году Альберт Эйнштейн на основе гипотезы Планка.

1905 г. Эйнштейн – объяснил законы фотоэффекта

Исходя из закона сохранения и превращения энергии, Эйнштейн математически записал уравнение для энергетического баланса при внешнем фотоэффекте:

– энергия фотона, которая идет на работу выхода А электрона из металла и сообщение ему кинетической энергии.
Работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для выхода электрона из вещества.

За уравнение для фотоэффекта в 1921 году Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия.

   Квантовая теория дает следующие объяснения законам фотоэффекта.

При увеличении интенсивности монохроматического излучения растет число поглощенных металлом квантов, а следовательно и число вылетающих из него электронов, поэтому фототок прямо пропорционален интенсивности излучения (1 закон).

  Из уравнения Эйнштейна видно, что кинетическая энергия вылетающих электронов зависит только от рода металла, состояния его поверхности и частоты (или длины волны) излучения, то есть величины энергии квантов и не зависит от интенсивности излучения (2 закон).   Если величина энергии квантов меньше работы выхода, то при любой интенсивности излучения электроны вылетать не будут (3 закон).

Красной границей фотоэффекта называют минимальную частоту света, ниже которой фотоэффект не наблюдается:

Эта граница для разных веществ различна, так как работа выхода зависит от рода вещества. При этом кинетическая энергия электронов равна нулю.
А теперь вы выступите в роли А.Г.Столетова и самостоятельно исследуете законы фотоэффекта, использую компьютерную модель.  

4.     Первичный контроль знаний учащихся

 Тестовое задание: 10 задач различной сложности. Максимальное количество баллов за тест - 100.

6.  Итог урока.

      Вопросы:   Что узнали?

                       Какую оценку  можете себе поставить.

7. Домашнее задание: §§25 (3,2),26, задача 18.13, 18.24,18.31.

 

Вопросы к классу по демонстрациям:

Пластинка из какого металла использована в опыте?

Что происходило с цинковой пластинкой, заряженной отрицательно, при облучении ее ультрафиолетовым светом?

Наблюдалось ли подобное явление при облучении пластины ультрафиолетовым светом, проходящим через стекло?

Наблюдалось ли явление, когда пластинка была заряжена положительно?

Как называется явление, которое вы пронаблюдали?

Откройте рабочие тетради, запишите тему урока и запишите формулировку явления фотоэффекта.

4. 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.

Далее при объяснении нового материала используем программу "Открытая физика 2.6 Часть 2", раздел “Квантовая физика , “ фотоэффект” ”.

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.

Используя выписанные вами формулы, решите задачи.

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 максимальную скорость фотоэлектронов, если фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов 1В (заряд электрона – 1,6*10-19Кл; масса электрона -9,1*10-31кг)

V. Домашнее задание.  § 88-88, упр. 12 № 6.

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА 

 

 

Формы работы учащихся: индивидуальная, фронтальная

 12. Необходимое техническое оборудование: мультмимедийное проекционное оборудование, доступ к  сети Интернет  

13. Структура и ход  урока

 

 

 

№

Этап урока

Название используемых ЭОР (с указанием  порядкового номера из Таблицы 2)

Деятельность учителя  (с указанием действий с ЭОР, например, демонстрация)

Деятельность ученика

Время (в мин.)

 

1

2

3

4

5

6

 

0

Организационный момент

Проверяет готовность к уроку, приветствует

Выполняют требования учителя

1

 

1

Актуализация знаний.

Задает вопросы учащимся

Отвечают на вопросы учителя

4

 

2

Изучение нового материала

№1 Информационный модуль посвящен теме "Фотоэффект" для базового уровня старшей школы.

В презентации  видеоролики позволяют провести демонстрацию опытов по фотоэффекту

Воспринимают информацию, сообщаемую учителем,  ведут записи в тетради

20

 

3

Выполнение заданий учащимися

№2  В практический модуль входит интерактивное задание по наблюдению законов фотоэффекта

Организует индивидуальную работу на ПК

Делают выводы по наблюдениям

8

 

4

Первичный контроль знаний учащихся Решение задач

№ 3 Тестовое задание: 10 задач различной сложности. Максимальное количество баллов за тест - 100.

8

 

Формулирует задание для выполнения учащимися

Знакомятся с заданием, решают 10 задач на применение уравнения фотоэффекта

 

6

Итог урока

Фиксирует выводы

Формулируют выводы

2

 

7

Домашнее задание

Формулирует задание

Записывают

2

Конспект урока

1.     Актуализация знаний

Устная работа и решение задач

Вспомним ранее изученный материал:

1.      Что такое свет?

2.     Какое явление вызвало противоречие меду теорией и практикой?

3.     Как испускают энергию атомы согласно гипотезе Планка?

4.     Запишите формулу энергии М.Планка?

5.     Чему равна постоянная Планка?

6.     Что скрывается за термином «Ультрафиолетовая катастрофа»?

  2.Введение нового материала

       В 1865 году Максвелл показал теоретически, что свет представляет собой электромагнитные волны порядка 400-800 нм. Теория Максвелла, подтвержденная опытами Генриха Герца, связывает  оптические, электрические и магнитные свойства вещества.  Однако по мере развития физики стали накапливаться и такие факты, которые не согласовывались не с классической теорией излучения, ни с волновыми представлениями о природе света.    Одно из таких явлений, фотоэффект,   был открыто Генрихом Герцем.  Фотоэффект - явление вырывания электронов из металла под действием света.     В  России исследованием этого явления занимался   Столетов.
 А теперь давайте выясним на опытах в чем суть этого явления. (Просматриваются видеоролики).  

Выводы.

1.     Тело теряет заряд только в том случае, если оно заряжено отрицательно.

2.     Причиной ухода зарядов в цинковой пластине является свет, причём под действием квантов света выбиваются только электроны.

3.     Интенсивность выбивания электронов зависит от рода металла.

      3. Выполнение заданий учащимися 

  А сейчас нам предстоит узнать,  от чего зависит число вырванных светом с поверхности вещества фотоэлектронов, какова зависимость количества электронов от интенсивности световой волны.

     Я предлагаю  провести компьютерный эксперимент  и ответить на вопросы после его просмотра:

1.     Как двигаются фотоэлектроны.

2.     От чего зависит величина фототока.

3.     Какие лучи вызывают фотоэффект.

4.     От чего зависит кинетическая энергия фотоэлектронов.

5.     Что называется красной границей фотоэффекта.

         В результате фотоэффекта возникает ток, который называется фототоком.   Фототок – движение вырванных светом из катода электронов.

   Силу фототока измеряют миллиампером или гальванометром; напряжение между электродами измеряется вольтметром.
      С помощью такой установки можно измерить число ежесекундно вырванных светом электронов, а так же максимальную кинетическую энергию вырванных электронов.     
Исследуя зависимость фототока от приложенного напряжения, А.Г. Столетов установил, что он не подчиняется закону Ома.  Из графика видно, что фототок сначала растёт, а затем при сравнительно не большом напряжении перестаёт расти.

Максимальное значение фототока называют фототоком  насыщения.

          Если изменить полярность источника напряжения, то сила тока уменьшится и при не котором задерживающем напряжении она станет равной нулю. В этом случае электрический ток тормозит фотоэлектроны до полной остановки, а затем возвращает их на катод.
Фотоэлектрон – электрон, вырванный светом из вещества.   

  И еще одно очень важное замечание, на которое я хочу обратить ваше внимание. 
Если электроны, вырванные светом, покидают вещество, то такой фотоэффект называют внешним.  

Выводы

Законы фотоэффекта

1. Фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света , падающего на катод

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна

частоте света и не зависит от его интенсивности

3. Для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен.

  Объяснение законов фотоэффекта дал в 1905 году Альберт Эйнштейн на основе гипотезы Планка.

1905 г. Эйнштейн – объяснил законы фотоэффекта

Исходя из закона сохранения и превращения энергии, Эйнштейн математически записал уравнение для энергетического баланса при внешнем фотоэффекте:

– энергия фотона, которая идет на работу выхода А электрона из металла и сообщение ему кинетической энергии.
Работа выхода – минимальная работа, которую нужно совершить для выхода электрона из вещества.

За уравнение для фотоэффекта в 1921 году Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия.

   Квантовая теория дает следующие объяснения законам фотоэффекта.

При увеличении интенсивности монохроматического излучения растет число поглощенных металлом квантов, а следовательно и число вылетающих из него электронов, поэтому фототок прямо пропорционален интенсивности излучения (1 закон).

  Из уравнения Эйнштейна видно, что кинетическая энергия вылетающих электронов зависит только от рода металла, состояния его поверхности и частоты (или длины волны) излучения, то есть величины энергии квантов и не зависит от интенсивности излучения (2 закон).   Если величина энергии квантов меньше работы выхода, то при любой интенсивности излучения электроны вылетать не будут (3 закон).

Красной границей фотоэффекта называют минимальную частоту света, ниже которой фотоэффект не наблюдается:

Эта граница для разных веществ различна, так как работа выхода зависит от рода вещества. При этом кинетическая энергия электронов равна нулю.
А теперь вы выступите в роли А.Г.Столетова и самостоятельно исследуете законы фотоэффекта, использую компьютерную модель.  

4.     Первичный контроль знаний учащихся

 Тестовое задание: 10 задач различной сложности. Максимальное количество баллов за тест - 100.

6.  Итог урока.

      Вопросы:   Что узнали?

                       Какую оценку  можете себе поставить.

7. Домашнее задание: §§25 (3,2),26, задача 18.13, 18.24,18.31.

 

 

 

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НА ДАННОМ УРОКЕ ЭОР

№

Название ресурса

Тип, вид ресурса

Форма предъявления информации(иллюстрация, презентация, видеофрагменты, тест, модель и т.д.)

Гиперссылка на ресурс, обеспечивающий доступ к ЭОР

 

1

Фотоэффект

И-тип

Интерактивная лекция

http://school-collection.edu.ru/catalog/res/6fa82485-08e5-11dc-8314-0800200c9a66/view/

 

2

К-тип

Интерактивная практическая работа

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/d7a7bd48-0191-423f-8f77-21b97e110148/kvant4.htm

 

3

Тесты по квантовой физике. Фотон. Фотоэффект

Тестовое задание: 10 задач различной сложности. Максимальное количество баллов за тест - 100.

http://www.afportal.ru/physics/test/online/optics6

 

 

Скачано с www.znanio.ru