Тема занятия: Квантовая гипотеза Планка. Внешний и внутренний фотоэлектрический эффект.

Тема занятия:  Квантовая гипотеза Планка. Внешний и внутренний фотоэлектрический  эффект. Вид занятия ­  смешанный. Тип занятия комбинированный. Учебные цели занятия:   ознакомить с квантовыми свойствами света в процессе  изучения явления фотоэффекта, научить различать понятия внутреннего и внешнего  фотоэффекта, способствовать усвоению студентами законов фотоэффекта. Задачи занятия:  Образовательная: ознакомить с квантовыми свойствами света в процессе изучения  явления фотоэффекта, научить различать понятия внутреннего и внешнего  фотоэффекта, способствовать усвоению студентами законов фотоэффекта. Развивающие. Развивать умение наблюдать, формировать представление о процессе  научного познания. Воспитательная. Развивать познавательный интерес к предмету, вырабатывать умение  слушать и быть услышанным. Планируемые образовательные результаты: способствовать усилению практической направленности   в   обучении   физики,   формировании   умений   применять   полученные знания в различных ситуациях. Личностные:  способствовать эмоциональному восприятию физических объектов,  умению  слушать, ясно и точно излагать свои мысли, развивать  инициативу  и  активность  при решении физических задач, формировать умение  работать в группах. Метапредметные:  развивать умение понимать и использовать средства наглядности  (чертежи, модели, схемы). Развитие понимания сущности алгоритмических  предписаний и умений действовать в соответствии с предлагаемым алгоритмом. Предметные:  овладеть физическим языком, умением распознавать соединения  параллельные и последовательные, умение ориентироваться в электрической схеме,  собирать схемы. Умение обобщать и делать выводы. Ход занятия: 1. Организация начала урока (отметка отсутствующих, проверка готовности студентов к уроку, ответы на вопросы студентов по домашнему заданию) – 2­5 мин. Преподаватель сообщает учащимся тему урока, формулирует цели урока и знакомит  учащихся с планом урока. Учащиеся записывают тему урока в тетради. Преподаватель  создает условия для мотивации учебной деятельности. Освоение нового материала: Теория.   1. Квантовые свойства света. Гипотеза М.Планка. Световые кванты В   разное   время,   объясняя   природу   света,   ученые   придерживались   разных взглядов. Одни считали свет электромагнитной волной и обоснованно доказывали это, ссылаясь   на   явление   интерференции,   дифракции   и   поляризации   света.   Другие сторонники   корпускулярной   теории,   представляли   свет   как   поток   частиц   и   также имели   веские   аргументы   в   подтверждение.   Так,   на   основании   корпускулярных представлений И. Ньютон объяснил прямолинейное распространение света и дисперсию света. В то же время, в конце XIX в .. благодаря исследованиям Т. Юнг и О.Ж.Френеля, а   также   объяснению   природы   света   с   помощью   электромагнитной   теории   Дж. Максвелла в физике сложилось убеждение, что волновая теория способна объяснить любое световое явление. Поэтому, когда А.Эйнштейн распространил идею квантования энергии,   высказанную   М.Планком   относительно   теплового   излучения,   на   световые явления, это было воспринято неоднозначно. К тому времени ограниченный характер  волновой теории света подтверждали также опыты  Герца  и результатом  изучения  явления  фотоэффекта  О.Г.Столетовим. Позднее,   в   1922   квантовая   природа   светового   излучения   была   экспериментально доказана   А.   Комптоном   при   наблюдении   рассеяния   рентгеновского   излучения   в веществе. Дуализм элементарных частиц. Итак,   многочисленные   исследования   световых   явлений   демонстрируют неоднозначное   проявление   свойств   света:   в   одних   случаях   они   свидетельствуют волновую   природу   света,   в   других   ­   отчетливее   проявляется   его   корпускулярная природа. Природа света                             Корпускулярная      Волновая Свету   свойственен   корпускулярно­волновой   дуализм   ­   он   имеет   как непрерывные, волновые свойства, так и дискретные, корпускулярные. В общем корпускулярно­волновой дуализм присущ не только свеу, но и всем микрочастицам.   Так,   поток   электронов,   падающий   на   кристалл,   образует дифракционную   картинку,   которую   можно   объяснить   только   на   основе   волновых представлений.   Так   электроны,   которые   являются   элементарными   частицами, корпускулами,   при   определенных   условиях   проявляют   волновые   свойства.   Такие представления   о   материи   лежит   в   основе   квантовой   теории.   Она,   в   частности, предполагает, что каждой подвижной микрочастице, соответствует волна де Бройля: hλ p р – импульс тела, h – постоянная Планка. Понятие светового кванта и его свойства. Корпускулярную   природу   света   в   современной   физике   отображает   понятие светового кванта, содержание которого описал А.Эйнштейн, распространив гипотезу Планка   на   световое   излучение.   По   его   формулировке,   световой   квант   ­   это минимальная   порция   световой   энергии,   локализованная   в   частице,   которая   названа фотоном. Итак, свет с точки зрения квантовой теории ­ это поток световых квантов ­ фотонов, движущихся со скоростью света. Фотону, как кванту излучения по гипотезе Планка соответствует энергия  ν  = h . Как элементарная частица он имеет импульс р = mс. С учетом формулы взаимосвязи массы и энергии  2, его импульс равен: ε  = mс ε p  νε c c h λ Фотон ­ особенная элементарная частица. Он не имеет массы покоя (m0 = 0), то есть  его   нельзя   остановить.  Действительно,  если  бы   была   такая  система   отсчета,  в которой он не двигался бы, то в такой системе теряет смысл само понятие света, ведь не происходит его распространение. Масса фотона зависит от длины волны электромагнитного излучения: Так, для видимого света (  = 6∙10 λ рентгеновского излучения (  = 10 λ ­9 м) ­2,2 • 10­33 кг m  h λc  ­7 м) его масса равна 3,7 • 10­36 кг, а для  2. Фотоэффект. Уравнение фотоэффекта. Применение фотоэффекта В   1887   году   Герц   наблюдал   явление,   которое   впоследствии   стало   толчком   в развитии квантовых явлений о природе света. Во время облучения ультрафиолетовым светом отрицательно заряженной пластинки произошел более сильный электрический разряд,   чем   при   отсутствии   такого   облучения.   Как   выяснилось   позже,   это   было проявлением явления фотоэффекта ­ выхода электронов из тела в другую среду или вакуум под действием электромагнитного излучения. Этот вид фотоэффекта называют внешним, или фотоэлектронной эмиссией. Фотоэффект   является   результатом   трех   последовательных   процессов: поглощение фотона, в результате чего энергия одного электрона становится больше средней; движения этого электрона к поверхности тела выхода его за пределы тела в другую среду через поверхность раздела. В 1888­1889 г. это явление подробно изучил русский ученый О. Столетов (1839­ 1896).   Он   изготовил   конденсатор,   одна   из   обкладок   которого   С   была   сетчатой,   и включил   его   в   электрическую   цепь   с   гальванометром.   Когда   на   отрицательно заряженную цинковую обкладку Р падает ультрафиолетовый свет, в кругу возникает ток,   который   фиксирует   гальванометр.   Если   источник   тока   Е   включить противоположно (обкладку Р присоединить к положительному полюсу), то тока в цепи не будет. С помощью потенциометра R напряжение на конденсаторе можно менять. Позже были установлены такие законы фотоэффекта: ­   Число   электронов,   вылетающих   с   поверхности   тела   под   действием электромагнитного излучения, пропорциональное его интенсивности; ­   Для   каждого   вещества   в   зависимости   от   ее   температуры   и   состояния поверхности существует минимальная частота света; ­   Максимальная   кинетическая   энергия   фотоэлектронов   зависит   от   частоты облучения и не зависит от его интенсивности. При объяснении этих выводов на основе волновой теории возникли противоречия между  ее положениями  и  полученными  результатами.  Это  заставило   ученых  искать другое   толкование   механизма   поглощения   светового   излучения.   С   этой   целью   А Эйнштейн применил квантовые представления о природе света и на их основе вывел уравнение фотоэффекта. Как известно, для того чтобы электрон покинул твердое тело или жидкость, он должен   выполнить   работу   выхода   А0,   то   есть   преодолеть   энергетический   барьер взаимодействия с атомами и молекулами, которые удерживают его внутри тела. По квантовой   теории   поглощения   света,   это   передача   фотонам   всей   своей   энергии микрочастицам вещества. Фотоэффект может произойти  только при условии, что фотон имеет энергию превышающую работу выхода (h > Aν 0) если h