Разработка урока Теория фотоэффекта

Теория фотоэффекта. Уравнение фотоэффекта.

Цель урока: Способствовать формированию знаний о квантовой природе
света на примере явления  фотоэффекта.

Задачи урока:

• Образовательные:
• в процессе совместной работы с учащимися разработать теоретические основы фотоэффекта в полном объеме объясняющие само явление фотоэффекта и его законы, открытые экспериментальным путем;
• расширить общеобразовательные представления учащихся об области применения закона сохранения энергии на примере уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.
• Развивающие:
• научить учащихся объяснять экспериментальные законы фотоэффекта с помощью уравнения Эйнштейна, анализировать графики и объяснять законы фотоэффекта на основе графических представлений, уравнений и других источников информации о данном физическом явлении.
• Воспитательные:
• продолжить обучение учащихся работе в группах и воспитание необходимых качеств для данного вида работы;

Материалы и оборудование: интерактивна доска, 4 ноутбука для каждой группы, Диск «Открытая физика», интерактивная динамическая модель files.school-collection, презентация к уроку, карточки-задания для групп (Приложение 1); карточки учета работы учащихся во время урока (Приложение 2).

План урока.

I.        Организационный момент

II.     Вводно-мотивационный этап

III.  Актуализация знаний

IV.  Изучение нового материала

V.    Первичное закрепление

VI.  Контроль усвоения, обсуждение допущенных ошибок и их коррекция.

VII. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

VIII.   Рефлексия (подведение итогов занятия)

Ход урока.

I.  Учебная группа разбивается на 4 подгруппы. Студенты сами выбирают руководителя группы, ответственного за выполнение заданий, темп работы, выбор отвечающего, ведет карточку учета работы группы.

II.       На предыдущих уроках вы познакомились с явлением фотоэффекта, изучили его законы, которые были открыты и сформулированы Ф.Ленардом и А.Г. Столетовым на основе проведенных ими исследований и экспериментов. (демонстрация видеофрагмента) На данном уроке мы в ходе совместной работы, на основе имеющихся знаний о квантовой природе света, должны разработать теорию фотоэффекта, показать простоту и глубокий физический смысл уравнения Эйнштейна, на основе которого можно легко и по-научному объяснить законы фотоэффекта. Но ценность науки состоит не только в том, что она объясняет строение и законы окружающего нас мира, но и в том, что она дает нам в руки средства, используя которые можно совершенствовать производство, улучшать условия материальной и культурной жизни общества. Зная законы и теорию фотоэффекта, вы можете понять, как “заговорило” кино, как работают счетчики и контролирующие приборы, основанные на фотоэффекте, как включаются и выключаются маяки, уличное освещение, каков принцип действия турникетов в метро и другие технические применение фотоэффекта на практике. Итак, тема нашего урока: Теория фотоэффекта. Уравнение фотоэффекта

Работа с  карточками-заданиями. У доски вопросы II и III группы. I группа вопросов фронтальный опрос. Быстрое повторение основных формул и понятий с использованием слайда 3

III.                  Нам на данном уроке нужно создать теорию фотоэффекта, т.е. вывести такое универсальное уравнение, которое может описывать в количественном и качественном плане как само явление фотоэффекта, так и его законы.  Какой теорией света воспользуемся волновой или квантовой ? Давайте  вначале попробуем объяснить фотоэффект, используя волновую теорию света.

(Демонстрируется слайд № 4 «Законы фотоэффекта»)

Учащиеся работают в группах. Каждая группа  высказывают свои версии и предположения о возможностях применения волновой теории для объяснения самого явления фотоэффекта, а так же результатов опытов А. Г. Столетова и сформулированных им законов. Нужно с помощью наводящих вопросов и корректировки версий подвести учащихся к следующим выводам:

1. С точки зрения этой теории, электромагнитная волна, достигнув поверхности металла, вызывает вынужденные колебания электронов и отрывает их от поверхности металла, т.е.волновая теория может объяснить факт существования самого явления фотоэффекта.

2. Чем больше освещенность металлической пластины, тем большая энергия передается ей светом, а значит и большая энергия должна приходиться на каждый электрон, т.к. поток энергии по волновой теории света непрерывен, значит, большее число электронов вырывается из металла в единицу времени, т.е. волновая теория частично объясняет первый закон фотоэффекта.

Противоречия:

1) Согласно волновой теории максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов должна также зависеть от энергии и интенсивности падающей волны, но это противоречит второму закону фотоэффекта.

2) Свет достаточной интенсивности должен вырывать электроны независимо от частоты, что приводит к отсутствию красной границы фотоэффекта, о чем говорит опыт Столетова и третий закон фотоэффекта.

3) Безынерционность фотоэффекта вообще нельзя объяснить с помощью волновой теории, т.к. при передаче энергии электронам, требуется время для их “раскачки” и при малой освещенности металла должно возникнуть заметное запаздывание между началом освещения и вылетом электронов, а фотоэффект начинается практически мгновенно, т.е. фотоэлектрон начинает вылетать из металла через 10^–9 секунды после начала облучения, т.е., он практически безынерционен.

IV.   Итак, мы установили, что использовать волновую теорию света для построения теории фотоэффекта бессмысленно. Возникшее противоречие можно преодолеть, если объяснять фотоэффект с точки зрения квантовой теории света.

Дальнейшее объяснение материала и вывод формулы, опираясь на слайды (3-6) и интерактивной модели http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/d7a7bd48-0191-423f-8f77-21b97e110148/kvant4.htm. Запись в тетрадь.

V .  Работа в группах на ноутбуках по созданию модели фотоэффекта. (Использовать материалы учебника, презентацию, динамическую модель).   Демонстрация рабочими группами созданной динамической модели фотоэффекта. Ответы на вопросы (2, 3) группы V карточек-заданий. Решение задач.

VI.  Проверка и обсуждение решения задач. Оценки за урок.

VII. Домашнее задание. Туякбаев С.Т. Физика 11 П.6.4,6.5. Проанализировать решение задач из карточек заданий и решить задачи 2-4 из комплекса № 6. Анализ решения задач провести по плану.

VII.  Собрать карточки учета работы в группах. Каждая участник группы  выбирает «фотон» определенного цвета, которым отмечает свой вклад в работу на уроке и понимание темы  (от красного до фиолетового). При желании объясняют свой выбор.

Приложение 1. (группа 1)

I.          Ответить на вопросы:

1.      Что представляет собой свет?

2.      Что называют интенсивностью световой волны?

3.      Каковы основные свойства световой волны?

4.      Что изучает квантовая физика? В чем суть  гипотезы  Планка о характере излучения света ?

5.      Каким уравнением описывается  движение  заряженных частиц в электрическом поле?

6.      Сформулировать законы фотоэффекта.

II.            Дать развернутый ответ на вопрос: «Сформулировать понятие фотона и показать, каковы его основные свойства».

III.           Объяснить явление фотоэффекта и его законы с точки зрения волновой теории света.

IV.          Работа над новым  материалом.

1.  Представить действующую модель и вывести уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

V.        1. Используя уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, объяснить его второй и третий законы.

               2.Объясните первый закон фотоэффекта, используя график.

VI.           Закрепление материала. Решение задач.

1.      При освещении металлической пластинки монохроматическим светом задерживающая разность потенциалов равна 1,6 В. Если увеличить частоту света в 2 раза, задерживающая разность потенциалов равна 5,1 В. Определить максимальную длину волны.

2.      Какую максимальную кинетическую энергию имеют электроны, вырванные из оксида бария, при облучении светом частотой 0,5 ТГц

VII.        Подвести итоги  работы группы и дать оценку проведенному уроку.

 Приложение 1. (группа 1)

Карточка учета работы членов группы                        

«Теория фотоэффекта. Уравнение фотоэффекта.»

Руководитель группы:

Преподаватель физики:

Скачано с www.znanio.ru