Методическая разработка урока: « Фотоэффект. Теория фотоэффекта ».

Тема урока: « Фотоэффект. Теория фотоэффекта ». Тип урока: Урок усвоения нового материала. Цель урока: 1. Показать, что законы фотоэффекта являются следствием уравнения  Эйнштейна. 2. Сформулировать у учащихся знания уравнения Эйнштейна в применении для  красной границы фотоэффекта. 3. Сформулировать физический смысл понятий: квант, фотон,фотоэффект,  красная граница фотоэффекта. 4. Научиться пользоваться уравнением Эйнштейна при решении задач, при этом  развивать сообразительность и вычислительные навыки. 5. Учить анализировать и делать выводы. 6. Учить культуре письма. План урока: I. Оргмомент.  II. Изучение нового материала. Решение задач. III. Домашнее задание. Ход урока: I. Взаимное приветствие учащихся и учителя, рассадка по рабочим местам.  II. Изучение нового материала.  Тема нашего урока: "Фотоэффект. Теория фотоэффекта" Целью нашего урока ­ сформулировать физический смысл понятий:  квант,фотон,фотоэффект, красная граница фотоэффекта, научиться пользоваться  уравнением Эйнштейна при решении задач. 14 декабря 1900 г. Макс Планк  предложил гипотезу, что излучение света веществом происходит не непрерывно, а порциями, или квантами. Согласно   гипотезе   Планка   наименьшая   порция   энергии,   которую   несет   излучение частотой v, определяется по формуле (формула Планка) Е = hv, где  h — постоянная Планка,  v — частота света. Постоянная Планка h = 6,625∙10­34 Дж∙с.  Часто используют ħ = h/2π = 1,05∙10­34 Дж∙с.     Согласно   теории   Эйнштейна,   свет   не   только   излучается,   но   и   распростаняется   и поглощается   отдельными   порциями,   т.   е.   является   “набором”   движущихся элементарных частиц (корпускул) – фотонов.  Фотон обладает и волновыми, и корпускулярными свойствами: 1. Не имеет состояния покоя 2. Не имеет массу 3. Не имеет заряд 4. Движется со скоростью света 5. Обладает энергией Е = hv 6. Обладает импульсам р = Е/c = hv/c = h/λ         был открыт в 1887  году немецким физиком Г. году немецким физиком Г.  Герцем и Герцем и годах экспериментально исследован А.  Г.Г.  Столетовым. Наиболее полное  Столетовым. Наиболее полное  Ленардом.     Фотоэфф кт ее   Фотоэлектрический эффект Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 в 1888–1890  годах экспериментально исследован А. в 1888–1890 исследование явления фотоэффекта было выполнено Ф.  Ленардом. исследование явления фотоэффекта было выполнено Ф. 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.                        Уравнение   Эйнштейна   для   внешнего   фотоэффекта   является   следствием   закона изменения энергии в этом процессе:  h вых  A 2mv 2 . h∙v­энергия фотона  АВ­работа которую нужно совершить для извлечения электрона из металла. mV2/2­кинетическая энергия электрона. Это уравнение объясняет законы фотоэффекта: Первый закон: фототок насыщения пропорционален общему числу  фотоэлектронов, покидающих поверхность металла за единицу времени. Их число  пропорционально числу фотонов, падающих на поверхность за это же время.  Увеличение интенсивности света означает увеличение числа падающих фотонов,  которое выбивают с поверхности металла больше электронов. Второй:  при   увеличении   частоты  v  падающего   света   максимальная   кинетическая энергия  возрастает линейно согласно формуле kЕ max E max k   h A вых . Третий закон:  если частота  v  меньше граничной частоты  vmin  (v  <  vmin), при которой h  , то выбивания электронов не происходит. выхA Красная граница фотоэффекта определяется по формуле:  h вых  A ,при условии, что v=0  2mv 2 Aвыхmin   h . За открытие законов фотоэффекта Эйнштейн в 1921 году получил Нобелевскую премию. c=3∙108 м/с­ скорость света me=9,11∙10­31 кг­масса электрона Приступим к решению задач. Задача 1.  Определить наибольшую скорость электрона, вылетевшего из цезия, при освещении его светом с частотой 7,5*1014 Гц. Решение.  h вых  A 2mv 2 v max  2 me (*   h выхA ) v max  10*1.9  31 2 10*9.1*  19 Ответ:  maxv =  510*2.6 м с 10*63.6(*  34 10*5.7 14  10*2.3  19 )  10*2.6 5 м с Задача 2. Наибольшая длина волны света, при которой происходит фотоэффект для вольфрама, 0,275 мкм. Найти: 1) работу выхода электронов из вольфрама; 2) наибольшую скорость электронов, вырываемых из вольфрама светом длиной волны 0,18 мкм; 3) наибольшую энергию этих элементов. Решение.  Aвых  hс max ;  h вых  A 2 maxmv 2  c ;  ;   E  max 2 mv max 2 h c   вых  A maxE ;  E max  h c   выхA Aвых  10*63.6  34 10*3* 8 10*75.2  7  10*2.7  19 ; Дж 8 10*3 10*8,1  7  10*2,7  19  10*85,3  19 Дж E max  10*63,6  34 * v max 10*2.9 5 м с Ответы:  Aвых  10*2.7  19 ; Дж E max  10*85,3  19 Дж v max 10*2.9 5 м с Задачи для самостоятельного решения. Проверка у доски. 1­Вариант 1) Найдите работу выхода электрона из металла, если фотоэффект начинается при  частоте падающего света 6,4∙1014Гц. 2) Электрон выходит из цезия с кинетической энергией 3,2∙10­19 Дж.  Какова длина  волны света, вызывающего фотоэффект, если работа выхода равна 2,88∙10­19 Дж? 2­Вариант 1) Определите красную границу фотоэффекта для камня, если работа выхода равна  3,2∙40­19 Дж.(Выразить длину волны). 2) Какой частоты свет следует направить на поверхность платины, чтобы  максимальная скорость фотоэлектронов была равно 3000 км/с? Работа выхода  электронов из платины равна 1∙10­19 Дж (me=9,11∙10­31 кг). 3­Вариант 1) Найдите наибольшую длину световой волны, при которой начинается  фотоэффект для цезия, платины? Работа выхода электрона соответственно равны  1,9 эВ и 6,3 эВ (1эВ=1,6∙10­19 Дж). 2) Найдите скорость фотоэлектронов, вылетевших из цинка, при освещении его  ультрафиолетовым светом с длиной волны 300 нм, если работа выхода электрона из  цинка равна 6,4∙10­19 Дж.  III. Домашнее задание. Задание на дом:   Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский Физика 11 класс. Описать в тетради опыт Столетова. IV. Выставление оценок за урок, окончание урока. Оснащение занятия: 1.Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский Физика 11 класс 2. В.Ф.Дмитриева Физика для профессий и специальностей технического профиля.