Урок решения задач по теме «фотоэффект»

Урок № 50 / 3 . Урок решения задач по теме «фотоэффект»  Класс: 11  Цели урока:          образовательные:  способствовать формированию умения анализировать   и применять ранее полученные знания о фотоэлектрическом эффекте при решении задач; создать условия для усвоения алгоритма решения задач об однофотонном фотоэффекте;  развивающие: создать условия для развития способностей учащихся к синтезу и анализу, для развития логического мышления, для установления межпредметных связей посредством практического применения знаний по математике при решении задач по физике;      воспитательные: способствовать воспитанию аккуратности при оформлении решений   задач,     воспитанию   ответственности,   самостоятельности   в   принятии решений,  развитию  коммуникативных   умений учащихся в процессе  обсуждения плана решения задач и полученных результатов;     Тип урока: урок решения задач.        Принадлежности:  чертежные принадлежности, тетради и ручки, учебники, раздаточный материал с условиями задач.     Этапы урока     1. Организационный этап (2 мин)      2. Актуализация знаний (5 мин)     3. Решение задач учащимися (28 мин)     4. Рефлексия, подведение итогов (5 мин)     5. Домашнее задание (5 мин)     Ход урока 1. Организационный этап      Проверка готовности к уроку учащихся и рабочих мест. Проверка посещаемости учащимися занятия. Объяснение учащимся плана работы на уроке. 2. Актуализация знаний 1. В каком выражении верно отображена зависимость энергии  фотона от параметра, соответствующего волновому описанию света? A. hv;     h λ   ; Б.  В. тc2; hν c2 Г.  2. Сравните импульсы фотонов, соответствующих красному и  фиолетовому свету.  А. Больший импульс соответствует  фотону красного света. Б. Больший импульс соответствует  фотону фиолетового света. В. Импульсы обоих фотонов  одинаковы. Г. Ответ неоднозначен. 3. Какие из перечисленных ниже явлений можно количественно описать в рамках волновой теории света: 1) фотоэффект; 2)   давление   света;   3) фотохимическое действие света; 4) эффект Комптона? (Уточните варианты ответов и увеличьте их число.) А.1. Б. 2.   В.1 и 2. Г. Ни 1, ни 2.              4. Какие из перечисленных ниже явлений можно количественно описать   эффект с помощью фотонной теории света: 1) фотоэффект;    2) Комптона; 3) давление света; 4) фотохимическое действие света?   (Уточните варианты ответов и увеличьте их число.) А. Только 1. Б. Только 2.                      В. 1 и 2. Г. Ни 1. ни 2 5. На волновых свойствах света основан физический принцип действия   (выберите   правильный   вариант):   2) фотоэлемента; 3)  просветленных  оптических  элементов;  4)  измерителей освещенности (люксметров); 5) солнечных батарей.   1)   дифракционной   решетки; А. Только 1. Б. Только 2.                       В. 1 и 2. Г. Ни 1, ни 2. (Уточните варианты ответов и увеличьте их число.) 6.   Какие   из   перечисленных   ниже   физических   явлений   обусловлены квантовыми   (корпускулярными)   свойствами   света:   1)   интерференция;   2)   дифракция;   3)   фотоэффект;   4)   поляризация;   5)   Комптон­эффект (рассеяние света свободными электронами)?  А. 1, 3.      Б. 1, 2, 4.    В. 2, 3, 4.    Г. 3, 5. (Если опрос будет устным, то приведенные формулировки приемлемы. Если форма   контроля   –   тестирование,   нужно   переформулировать   задания   в утвердительной форме, без использования вопросительного знака.)     3. Решение задач  Задача 1 Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода   λ0=290нм.  При облучении катода светом с длиной волны λ фототок прекращается при напряже­ нии между анодом и катодом U =1,5В. Определите длину волны λ. Дано: λ0=290нм=2,9·10−7 Решение: Запишем уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:  U=1,5В λ   = ? vh  A вых    (1) v 2m 2 Красная   граница   фотоэффекта   связана   с   работой   выхода соотношением: hc λ0 =A  .          (2) Выражение для запирающего напряжения — условие равенства максимальной кинетической энергии электрона работе  электроста­ тического   поля,  совершаемой   при   перемещении   электрона   между точками, разность потенциалов между которыми равна Uз: mν2 2 =eUз  .         (3) Решая систему уравнений (1), (2) и (3), получим: В В В В λ= hcλ0 hc+eUλ0  .             (4) λ= hcλ0 hc+eUλ0 = 6,63·10−34·3∗108·2,9·10−7 6,63·10−34·3·108+1,6·10−192,9·10−7=215нм  .  Ответ: λ=215 нм Задача 2            Определите  красную  границу фотоэффекта  для металла, работа  выхода электронов из которого равна 5эВ.  Дано: A=5 эВ λmax   = ? Решение: Какой вид имеет уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, если используется излучение, соответствующее красной границе фотоэффекта ? Из   уравнения   Эйнштейна   для   фотоэффекта   при   условии Wk=0   имеем  hvmin=A .                                          (1)      Частота  v  света связана со скоростью c  его распространения в вакууме и длиной волны  выражением  v=c λ .                                                  (2 )       Комбинируя эти две формулы, получаем  hc λmax =A .                                           (3) Подставляя значения получим: λmax=hc A =6,63∗10−34∗3∗108 3,2∗10−19 Ответ: 6,2∗10−7м =6,2∗10−7м . В В В В Задача 3 В двух опытах по изучению фотоэффекта металлическая пластинка облучалась светом разной длины волны: соответственно   λ1=350нм  и  λ2=540нм . В этих опытах максимальные скорости фотоэлектронов от­ личались в   α=2    раза. Какова работа выхода электрона с поверхности использованного металла?  Дано: λ1=350нм λ2=540нм     α= υ1 υ2 =2 Авых−? Решение:  Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта – в первом опыте hc λ1 =Авых+ 2 mυ1 2 ;                                  (1) – во втором опыте hc λ2 =Авых+ 2 mυ2 2 .                                  (2) Так как  λ1<λ2 , а фотоэлемент один и тот же, то   υ1>υ2  и отношение максимальных скоростей фото­ электронов: υ1 υ2 =α. (3) Комбинируя эти уравнения, получим:  λ2 λ1) hc(α2− λ2(α2−1) 6,63∗10−34∗3∗108(4−540 350 ) .(4) 540∗(4−1) Авых= Авых= =3∙10−19Дж≈1,9эВ Как   установить,   из   какого   материала   изготовлен фотокатод?   Найдем   ответ,   пользуясь   справочной таблицей.   Полученное   значение   работы   выхода характерно для Цезия. Ответ:1,9 эВ. Задача 4 Работа выхода электронов из цезия 3,20 ∙  10−19Дж.  Светом какой длины  волны облучали цезиевый катод, если для прекращения фототока потребовалось  приложить задерживающую разность потенциалов 1,53 В? Дано: Авых=3,20∗10−19Дж Uз=1,53В λ−? Энергия   фотона,   падающего   на   поверхность W=hc λ Решение:  цезия, расходуется   на   совершение   электроном   работы выхода   Aвых   из металла и сообщение выбитому электрону   кинетической   энергии,   которая уменьшается   до   нуля   в   тормозящем электрическом   поле   и   равна   необходимой   для этого работе поля:  Wk=A|e|Uз.(1) Учитывая   (1)   в   уравнении   Эйнштейна   для фотоэффекта, получим: hc λ=Aвых+|e|Uз.(2) Отсюда выразим длину волны излучения: λ= h∗c Aвых+e∗Uз Подставляя   значения   заданных   величин   в формулу получим: λ= 6,63∗10−34∗3∗108 3,20∗10−19+1,6∗10−19∗1,53 =350нм. Ответ:350нм. Задача 5 Монохроматический свет длиной волны   λ=450   падает на поверхность натрия. Определите: а) энергию фотона E этого света; б) модуль импульса фотона p  падающего   света;   в)   частоту   νmin,   соответствующую   красной   границе;   г) максимальную кинетическую энергию  Ek вылетающих электронов. max Дано: λ =450нм Авых=2,3эВ=3,7∗10−19Дж h=6,63∗10−34Джс   max Ek ­?   Р­? Vmin– ? E– ? Решение:     а) В соответствии с формулой Планка энергия фотона E=hν=hc λ  ;                                (1) 6,63∗10−34∗105м с 450∗10−9м =4,4∗10−19Дж=2,8эВ. E= (2)    б) Импульс фотона определим по формуле  p=h ;    (3) λ р=6,63∗10−34 450∗10−9 =1,5∗10−27кг·м с ?) .  (4)                 в)   Частота,   соответствующая   красной границе, связана с работой выхода соотношением Aвых h ;                            (5) νmin= νmin= 3,7∗10−19 6,63∗10−34 =5.6∗1014  Гц (6)             г)   В   соответствии   с   квантовыми представлениями   о   свете,   при   фотоэффекте электрон   поглощает   фотон   и   приобретает дополнительную   E=hν .   Чтобы   выйти   за пределы   металла,   электрон   должен   совершить работу   Авых .   При   этом   его   максимальная кинетическая   энергия   может   быть   выражена   из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта:  max=hν−Авых; (7) Ek max=2,8эВ−2,3эВ=0,5эВ.  (8)   Ek Ответ: а)  E=2,8эВ;   б¿р=1,5∗10−27 кг·м ;   с   в)  Vmin=5,6∗1014Гц ; г) Ek max=0,5эВ 4.Рефлексия 1. Какие основные цели были у нас на данном уроке? 2. Достигнуты ли они? 3. Почему вы так считаете? 4. Можете ли вы утверждать, что умеете решать задачи о фотоэффекте? 5. Каковы ваши личные достижения за урок? 6. Какие из предложенных задач  у вас вызвали наибольшие затруднения?  5. Домашнее задание На   следующем   уроке   планируется   проведение   самостоятельной   работы. Мне   хочется,   чтобы   вы     успешно   прошли   это   испытание.   Для   этого   вам необходимо   повторить   теоретический   материал   о   фотоэффекте,   запомнить основные формулы и способы их преобразования при определении на их основе той или   иной величины, просмотреть записанные решения задач, которые были рассмотрены на уроках.