11 класс

Тема: Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна.

Цель урока: познакомить учащихся  с историей зарождения квантовой теории, дать понятие о фотоэффекте и разъяснить содержание его законов на основании квантовых представлений.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, экран

Ход урока

1. Организационный  момент
2. Проверка домашнего задания, разбор заданий, вызвавших затруднения.
3. Актуализация опорных знаний.

Физический диктант по формулам по теме «Оптика». (Один учащийся выполняет диктант на закрытой части доски, его проверяет учитель; после диктанта учащиеся обмениваются листками и осуществляют взаимную  проверку, вслед за учителем).

Вопросы для организации беседы:

1. Что понимают под электромагнитными волнами?
2. Что является источником электромагнитных волн?
3. В чем сходство и различие радиоволн и световых волн?
4. Какие явления свидетельствуют о том, что свет представляет собой электромагнитные волны?
5. Какие количественные характеристики волн определяют их качество?
6. Как изменяются волновые свойства  электромагнитного излучения?

4. Изучение нового материала

1. Зарождение квантовой теории

Дата рождения квантовой теории – 14 декабря 1900 года. Немецкий физик Планк в этот день выступил на заседании Немецкого физического общества с докладом, посвященным проблеме распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. В поисках выхода из противоречия  между теорией и опытом Планк выдвинул гипотезу:

Атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями – квантами. Энергия каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения:        E=hv , h – постоянная Планка. h=6,63*10^-34 Дж*с.

2. Фотоэффект.

Фотоэффект был открыт в 1887 году Генрихом Герцем, а затем исследован экспериментально русским ученым А.Г.Столетовым.

Фотоэффект – явление вырывания электронов из твердых и жидких веществ под действием света.

Если вырванные электроны вылетают за пределы вещества, фотоэффект называют внешним.

Просмотр анимации фотоэффекта. Изменяя условия явления можно сделать выводы: интенсивность фотоэффекта зависит от рода металла, величины светового потока, и спектрального состава излучения.

Законы фотоэффекта:

1. 1. фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света, падающего на катод;
   2. максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света и определяется только его частотой;
   3. для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект не возможен.

Работа с учебником. Рис. 10.3. Максимальное значение силы тока насыщения называется током насыщения. Из вольтамперной характеристики видно, что сила тока отлична от нуля и при нулевом напряжении. Если изменит подключение к цепи батареи на обратное, то при некотором задерживающем напряжении Uз обратной полярности, сила тока станет равной нулю.

Максимальное значение кинетической энергии электронов: mv22=eUз

3.  Уравнение Эйнштейна

В 1905 году Альберт Эйнштейн пришел к выводу, что свет должен не только излучаться и поглощаться, но также и распространяться в виде отдельных порций энергии – квантов электромагнитного поля. Эти кванты иначе называют фотонами. Эйнштейн считал, что при поглощении фотона веществом, его энергия передается свободному электрону в металле целиком, а сам фотон перестает существовать.

Уравнение Эйнштейна:         hϑ=A+mv22 , где А – работа выхода электрона из металла, hϑ  – энергия поглощенного фотона, mv22  – кинетическая энергия  электрона.

Порог фотоэффекта:    ϑmin=Ah   

5. Закрепление
   1. Какие факты свидетельствуют о наличии у света корпускулярных свойств?
   2. Почему при частотах, меньших красной границы, фотоэффект не наблюдается?
   3. Работа выхода электронов из калия равна 3,55*10^-19 Дж. Определите длину волны красной границы фотоэффекта. (Ответ: 5,6 *10^-7 м.)
   4. На металлическую пластину падает монохроматический свет длиной волны 0,42 мкм. Фототок прекращается при задерживающем напряжении 0,95 В. Определите работу выхода электронов с поверхности пластины (Ответ: 2эВ.)
6. Рефлексия. В чем сущность квантовых представлений о распространении и поглощении света? В чем состоит явление фотоэффекта? Что было самым сложным на уроке? А что интересным?
7. Домашнее задание. Выучить законы фотоэффекта, п.69, ответить на вопросы, стр.227, задача №5, подготовить сообщение о применении фотоэффекта.