План урока "Фотон. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта".

Раздел: «Квантовая физика» Дата:  Группа:  Тема: Цели обучения, достигаемые на этом занятии  Цель урока Критерии оценивания Языковые цели Воспитание ценностей Колледж: КГКП «Костанайский педагогический колледж» Управления  образования акимата Костанайской области. ФИО преподавателя: Сыздыкова Б.С. Участвовали:  Не участвовали: ­ Фотон. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Формирование представления о явлении фотоэффекта, тепловом излучении и квантовой гипотезе Планка, внешних законах фотоэффекта. Усвоение смысла понятия «фотоэффект». Усвоение понятий фотона,  красной границы фотоэффекта, работы выхода, задерживающего потенциала Формирование умений использовать уравнение Эйнштейна для количественного описания фотоэффекта Обучающиеся: Все: Проявляют знание и понимание основных понятий: работа выхода, энергия кванта, уравнение  Эйнштейна фотоэффекта, фотон, красная граница фотоэффекта, задерживающий потенциал. Большинство: Умеют решать задачи по образцу; Умеют находить и использовать информацию, используя различные источники. Некоторые: При решении задач свободно владеют изученным материалом; делают собственные выводы на основе полученной информации; умеют выслушивать других и принимать  во внимание их аргументированные выводы. Предметная лексика и терминология:  Серия полезных фраз для диалога/письма Квант энергии света  ской энергии. Работа выхода – минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл. Құндылық/ ценность: Жалпыұлттық «Мәңгілік Ел» идеясының құндылықтары / Ценности  общенациональной идеи «Мәңгілік Ел»/ «Болашаққа бағдар: Рухани жаңғыру» воспитание доброты, ответственности, настойчивости и познавательной активности обучение на  протяжении всей жизни.  расходуется на совершение работы выхода   и на сообщение электрону кинетиче­ Межпредметная связь Предыдущие знания Ресурсы Уважение и сотрудничество прививаются на занятии через умение работать в группе. Самопознание ­вопросы из области самопознания. Математика­ выполнение математических  преобразований и расчётов при решении задач. Фотоэффект, внутренний и внешний фотоэффект, установка А.Столетова для фотоэффекта https://bilimland.kz/ http://class­fizika.ru; https://videouroki.net;  https://physics.ru;  https://infourok.ru Карточки.  Лист оценивания. Смайлики Время /  этапы  урока Начало  урока Организа ционный  момент. Деятельность учителя Ход урока Деятельность учащихся Приветствие преподавателя. Включаются в деловой ритм урока  Приветствие на трех языках:  Здравствуйте, Сәлематсіз бе, Good  morning. «Кто движется вперёд в знаниях, но  отстаёт в нравственности, тот более идёт  назад, чем вперёд» Аристотель Хорошее настроение­первый шаг к удаче. Для установления благоприятной  атмосферы в группе провести  тренинг  «Пожелание»  Обучающиеся встают в круг и по часовой  стрелке говорят пожелания. Условия  тренинга: пожелание( одно слово или одна  фраза) Выход на тему занятия и целеполагание. Способы  дифферен циации Оценивание  (метод/  прием/  техника/  стратегия) Словесное одобрение Ребята задают и отвечают на вопросы    Ребята  отвечают  на вопросы  (ФО) Учитель  наблюдает за  процессом  опроса и даёт  обратную  связь. ФО)  Самооцениван ие по листу  самооценки Проверка домашне го  задания   Опрос домашнего задания. Группа делится на микрогруппы. Первый обучающийся задаёт свой вопрос  второму, второй отвечает на вопрос и  задаёт свой вопрос третьему и т.д. по  цепочке. Если  обучающийся затрудняется  ответить,  помогают ребята в группе. Примерный перечень вопросов: 1. В чем состоит сущность явления  внешнего фотоэффекта? Внутреннего  фотоэффекта? 2. Когда и кем было открыто явление  внешнего фотоэффекта? 3. Нарисуйте схему экспериментальной  установки Столетова и объясните суть  проделанных им экспериментов. 4. Объясните особенности вольт­амперной  характеристики фотоэффекта. 5. Сформулируйте экспериментальные  законы фотоэффекта. Какие из них  невозможно объяснить с точки зрения  волновой теории света? 6. Используя закономерности явления  резонанса, объясните, почему согласно  волновой теории света увеличение  (уменьшение) частоты падающего  излучения должно приводить к увеличению (уменьшению) силы фототока. 7. В чем заключается гипотеза Планка? 8. Запишите приближенное значение  постоянной Планка. Основная часть  Изучение нового  материал а При подготовке темы обучающийся  использовали интернет ресурсы: https://bilimland.kz http://class­fizika.ru https://videouroki.net; https://physics.ru;   https://infourok.ru Явление фотоэффекта стало подтверждением кванто­ вой гипотезы, здесь квантовая модель хорошо работает. Один поглощенный квант световой энергии (фотон) –  может вырвать из вещества только один фотоэлектрон  Если кванта световой энергии для этого недостаточно,  электрон не выбивается, а остается в веществе  Используется  приём  «Цветные  карточки» для осуществлени я обратной  связи. Лишняя энергия передаётся электрону в виде кинетиче­ ской энергии его движения после выхода из вещества. А сколько будет таких квантов, столько и электронов  подвергнутся их воздействию.   Выступать  может вся  группа или  спикер  (один  представит ель или  представит ели  группы) ν E = h , где h – постоянная Планка Эйнштейн сделал  следующий шаг в развитии квантовых представлений.  Он пришел к выводу, что и свет имеет прерывистую  дискретную структуру.  Электромагнитная волна состоит из отдельных порций  – квантов, впоследствии названных фотонами. При  взаимодействии с веществом фотон целиком передает  всю свою энергию h  одному электрону. Часть этой  энергии электрон может рассеять при столкновениях с  атомами вещества. Кроме того, часть энергии  электрона затрачивается на преодоление  потенциального барьера на границе металл–вакуум. Для этого электрон должен совершить работу выхода A,  зависящую от свойств материала катода.  Наибольшая кинетическая энергия, которую может  иметь вылетевший из катода фотоэлектрон,  определяется законом сохранения энергии:  ν Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта   – это работа выхода – минимальная энергия, кото­ рую надо сообщить электрону, чтобы он покинул ме­ талл. Это характеристика металла и состояния его по­ верхности. Квант энергии света  боты выхода  ской энергии.  расходуется на совершение ра­  и на сообщение электрону кинетиче­ Фотоэффект и уравнение, которое его описывает, было  использовано для получения и проверки значения  , по­ лученного Планком.  С помощью уравнения Эйнштейна можно объяснить все  закономерности внешнего фотоэффекта.  Из уравнения Эйнштейна следуют линейная  зависимость максимальной кинетической энергии от  частоты и независимость от интенсивности света,  существование красной границы, безынерционность  фотоэффекта.  Общее число фотоэлектронов, покидающих за 1 с  поверхность катода, должно быть пропорционально  числу фотонов, падающих за то же время на поверхность.  Из этого следует, что ток насыщения должен быть  прямо пропорционален интенсивности светового  потока. Как следует из уравнения Эйнштейна, тангенс угла  наклона прямой, выражающей зависимость  запирающего потенциала Uз от частоты   (рис.3), равен  отношению постоянной Планка h к заряду электрона e:  ν Это позволяет экспериментально определить значение  постоянной Планка. Такие измерения были выполнены  Р. Милликеном (1914 г.) и дали хорошее согласие со  значением, найденным Планком.  Эти измерения позволили также определить работу  выхода A:  λ  где c – скорость света,  кр – длина волны,  соответствующая красной границе фотоэффекта. У  большинства металлов работа выхода A составляет  несколько электрон­вольт (1 эВ = 1,602∙10–19 Дж). В  квантовой физике часто используется электрон­вольт в  качестве энергетической единицы измерения.  Значение постоянной Планка, выраженное в электрон– вольтах в секунду, равно  h = 4,136∙10–15 эВ∙с.  Среди металлов наименьшей работой выхода обладают  щелочные металлы.  Например, у натрия A = 1,9 эВ, что соответствует 680 нм. Поэтому соединения щелочных металлов красной границе фотоэффекта  λ ≈ кр  используют для создания катодов в фотоэлементах,  предназначенных для регистрации видимого света. Итак, законы фотоэффекта свидетельствуют, что свет  при испускании и поглощении ведет себя подобно  потоку частиц, получивших название фотонов или  световых квантов. E = h . ν Энергия фотонов равна  Фотон движется в вакууме со скоростью c.  Фотон не имеет массы, m = 0.  Из общего соотношения специальной теории  относительности, связывающего энергию, импульс и  массу любой частицы, следует, что фотон обладает  импульсом  Таким образом, учение о свете, совершив виток  длительностью в два столетия, вновь возвратилось к  представлениям о световых частицах – корпускулах. Но это не был механический возврат к корпускулярной  теории Ньютона.  В начале XX века стало ясно, что свет обладает  двойственной природой.  При распространении света проявляются его волновые  свойства (интерференция, дифракция, поляризация), а  при взаимодействии с веществом – корпускулярные  (фотоэффект).  Эта двойственная природа света получила название  корпускулярно­волнового дуализма.  Позже двойственная природа была открыта у электронов и других элементарных частиц.  Классическая физика не может дать наглядной модели  сочетания волновых и корпускулярных свойств у  микрообъектов.  Движением микрообъектов управляют не законы  классической механики Ньютона, а законы квантовой  механики.  Теория излучения абсолютно черного тела, развитая  М. Планком , и квантовая теория фотоэлектрического  эффекта Эйнштейна лежат в основании этой  современной науки. В 1921 г. при присуждении Альберту Эйнштейну  Нобелевской премии в решении Нобелевского комитета указывалось, что «премией особенно отмечается объяснение законов фотоэлектрического эффекта». Выполняют физминутку Физмину тка Физминутка  Закрепле ние н/м Выполнение заданий по методу «Думай,  решай, делись» Критерии оценивания:  Применить уравнение Эйнштейна Дескрипторы: Проанализировать условие задачи  Перевести данные физических величин в  СИ Решение задач: 1. Определите наибольшую длину волны света, при  которой может происходить фотоэффект для  платины (работа выхода для платины 8,5∙10­19Дж; h  = 6,62∙10­34Дж∙с). Ответ:   ≈  2,34∙10 ­7м; Приём  «Цветные  карточки» З­всё понятно Ж­Есть  вопросы К­ Не понятно ФО)  Проводит  физминутк у  желающий  обучающий ся Студенты,  которые  подняли  зеленую  карточку  по всем  заданиям,  приходят  на помощь Самооцениван ие по листу  самооценки. Активным  группам  выдаются  «Веселые  заряды» тем, кто  поднял  карточки  желтого и  красного  цвета. Диалог,  если  некоторым  студентам  потребуетс я  подробная  и  конкретная помощь в  ходе  выполнения задания. Записать и преобразовать формулу для  нахождения неизвестной величины Подставить числовые значения и провести  расчеты. Записать ответ. 2 . Длина световой волны 500 нм, определить импульс  фотона ( h = 6,62∙10­34Дж∙с) ≈ ­27кг∙м/с.  1,325∙10 Ответ:  3. Определите импульс фотона, если соответствующая  ему длина волны равна 1,6∙10­8м            (h = 6,62∙10­ 34Дж∙с) ≈ Ответ:   4. Рубиновый лазер излучает в одном импульсе 3,5∙1019  ­26кг∙м/с;  4,14∙10 фотонов с длиной волны 6,60∙10­7м. Определить  среднюю мощность вспышки лазера, если ее  длительность 10­3 с, равна (h = 6,6∙10­34 Дж∙с)  10≈ 4 Вт. Ответ:  5. Энергия фотона, поглощаемого фотокатодом, равна  5эВ. Работа выхода электрона из фотокатода равна  2эВ. Найдите величину задерживающего потенциала,  при котором прекратился фототок (h=6,62*10­34  Дж*с; 1эВ=1,6*10­19Дж). Ответ: 3 В; По   методу   «Думай,   решай,   делись»  решают самостоятельно задачи, обсуждают в группе, делятся с одноклассниками путями решения.  1. Определите длину электромагнитной волны, если  энергия фотона равна 2,8∙10­19Дж∙с; с=3∙108м/с). Ответ:  ≈  710нм; 2. Чему равна масса фотона красного излучения, длина  волны которого 720 нм (h = 6,62∙10­34 Дж∙с) Ответ: 0,03∙10­34 кг. 3.Средняя частота излучения 25­ваттной электрической лампы   равна   2,5∙1014  с­1.   Найти   число   фотонов, испускаемых за одну секунду (h = 6,62∙10­34Дж∙с). ≈ 20; Ответ:   4. Частота света, соответствующая фотонам с энергией   1,5∙10 50∙10­19  Дж, равна ( h = 6,62∙10­34 Дж∙с) Ответ: 7,55∙1015Гц; Подсчитай свои баллы и оцени свою работу! 5 б– «5»; 4 б.­ «4»; 3­ б. – «3»; менее 3 баллов – не  отчаивайся, надо еще все повторить! Оценка__________________ Итоги Конец  занятия Устный опрос: 1. В чем сущность гипотезы Эйнштейна? 2. Что называется фотоном? 3. Перечислите основные свойства фотона. 4. По какой формуле можно определить  энергию фотона? Модуль импульса  фотона? 5. Как направлен импульс фотона? 6. Покажите, что уравнение Эйнштейна для фотоэффекта является следствием закона  сохранения и превращения энергии. 7. Перечислите условия, необходимые для  возникновения фотоэффекта. 8. Что такое задерживающее напряжение? 9. Что называется красной границей  фотоэффекта? От чего она зависит? 10. Как квантовая теория объясняет  Отвечают  на вопросы  по  желанию. Студент,  один из  наиболее  мотивирова нных (по  желанию)  делает  общий  вывод по  достижени ю цели  занятия. Записывают домашнее задание  Инструкция по выполнению домашнего задания. Приём  «Цветные  карточки» Домашне е задание существование граничной частоты  фотоэффекта? 11. Запишите формулу для красной  границы фотоэффекта. 12. Объясните законы фотоэффекта,  исходя из квантовой теории света. Изучить параграф Ответить на вопросы к параграфу (устно) Решить задачи: 1. Фотоэффект начинается при частоте  света vmin=6∙1014Гц (постоянная Планка  h = 6,63∙10­34 Дж∙с; заряд электрона –е = 1,6∙10­19Кл). Определить частоту света,  вырывающего из металла электроны,  которые полностью задерживаются  разностью потенциалов U = 3B Ответ: 13,2∙1014Гц; 2. Тренированный глаз, длительно  находящийся в темноте, воспринимает  свет с длиной волны 500 нм при  мощности не менее 2,1∙10­17 Вт.  Определите число фотонов, которые  попадают ежесекундно на сетчатку  глаза. (h = 6,62∙10­34Дж∙с; с = 3∙108м/с) Ответ:    53≈ Рефлексия учителя по проведенному уроку Рефлексия  «Благодарю…»   предлагаю   каждой   группе   выбрать   одного   из   ребят   в группе (исключая себя), кому хочется сказать спасибо за сотрудничество и пояснить в чём это сотрудничество проявилось. Рефлексия «Телеграмма»: предлагаю написать пожелания, рекомендации себе в виде фразы ( не более 10 слов).