Уроки

  • Печать

                      Урок  « Фотоэффект » ( учебно-физический эксперимент на уроке )

Цели:   Сделать урок интересным по форме с максимальным учебным эффектом. Дать возможность ученикам при работе в группах самостоятельно исследовать явление фотоэффекта, сформулировать основные его закономерности и для закрепления полученных знаний пройти тестирование по данной теме.

План урока:

1.     Организационный момент.

2.     Озвучивание темы урока и основных целей урока.

3.     Изложение основного материала по теме Фотоэффект.

4.     Исследовательская работа учащихся  в группах при использовании Мультимедийного проекта Физика 7-11.

5.     Анализ и дифференциальная оценка результатов работы учащихся и всего урока в целом.

6.     Закрепление материала ( тест с задачами блока А  ).

7.     Задание на дом.

 

Задачи урока:

Образовательные

Познакомить учащихся с явлением фотоэффекта , продолжить работу по развитию умений выделять главное, сравнивать исследуемые величины, находить их зависимости друг от друга.

Развивающие

Развивать творческую деятельность и аналитическое мышление при изучении нового материала, умение моделировать исследуемые  процессы и условия эксперимента, стимулировать творческое мышление при выполнении  виртуальных опытов и построении графических зависимостей. Развивать интерес к предмету физики как к науке. Научить ставить цель, выдвигать  гипотезу, а также предлагать ход решения и анализ предполагаемого результата при решении проблемно-поисковых   и качественных задач.

Воспитательные

Способствовать развитию познавательной и мировоззренческой  деятельности, нравственному и эстетическому воспитанию учащихся.

 

Ход урока.

1.     На данном уроке ученикам  предлагается   компьютерный курс «Физика 7- 11 класс». Содержание мультимедийного проекта соответствует минимуму содержания физического образования для общеобразовательных классов, утвержденному Министерством образования. Предположим, что у вас есть необходимое оборудование, и каждый раз при изучении явления фотоэффекта вы показываете соответствующие эксперименты. Всем ли понятен физический смысл потенциала запирания. А не лучше ли, предоставить школьникам, самостоятельно исследовать фотоэффект и  сформулировать его закономерности. Ведь самые ценные знания это те, которые добыты на собственном опыте. Наш опыт показывает, что использование компьютерной модели практически все учащиеся могут ответить на поставленные учителем основные вопросы по исследованию этого явления. К тому же такая самостоятельная исследовательская  деятельность настолько интересна, что проблем с дисциплиной не возникает.

2.     После объявления учителем  темы и целей урока класс приступает к использованию интерактивной программы. В оглавлении программы находим раздел «Атомная  и ядерная физика» и учитель начинает изложение   нового материала,  комментируя  и дополняя  теоретический раздел программы:

3.      

                                                   Фотоэффект 5.1

 
   

В начале XX века было установлено, что свет излучается и поглощается отдельными порциями – квантами. Энергия E каждого кванта пропорциональна частоте излучения:

 E = hν. 

Здесь hпостоянная Планка, равная   h = 6,63·10–34 Дж·с. 

Фотоэффектом называется явление высвобождения электронов с поверхности тела под действием электромагнитного излучения.

 

 

Рисунок 5.1.1.

Схема экспериментальной установки для изучения фотоэффекта.

Количественные закономерности фотоэффекта:

·         Сила тока насыщения (фактически, число выбиваемых с поверхности электронов за единицу времени) прямо пропорциональна интенсивности светового излучения, падающего на поверхность тела.

·         Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

·         Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты νкр, то фотоэффект не наблюдается (достигается т. н. красная граница фотоэффекта).

 

Рисунок 5.1.2.

Зависимость силы фототока от приложенного напряжения.

 

 

Рисунок 5.1.3.

Зависимость запирающего потенциала от частоты падающего света.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта:

  

где Aвых – работа выхода электронов из материала катода, а – максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов.

Отсюда следует, что красная граница фотоэффекта определяется формулой  Запирающее напряжение, которое необходимо приложить, чтобы фототок прекратился, можно найти по формуле

 

Явление фотоэффекта экспериментально доказывает квантовую природу света.

4.     Далее переходим к разделу « Лаборатории », где в данной модели ученикам предлагается в эксперименте определить красную границу фотоэффекта и найти работу выхода материала катода. Можно  также измерить запирающий потенциал Uз для различных длин волн и определить постоянную Планка h. Учащимся необходимо выдвинуть гипотезу, а затем проверить её экспериментально:  Как с помощью данной модели можно определить постоянную Планка ?

 

 

 

 

 

Модель является компьютерным экспериментом по исследованию закономерностей внешнего фотоэффекта. Можно изменять значение напряжения U между анодом и катодом фотоэлемента и его знак, длину волны λ в диапазоне видимого света и мощность светового потока P.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.     Целесообразным  является обсуждение и анализ полученных результатов и зависимостей физических величин, исследуемых в течение урока, а также подведение итогов работы групп . Учащиеся, используя данную модель для различных длин световой волны, заполняют таблицу с результатами  энергии светового потока и  величинами  фототока , определяя для каждого случая работу выхода.

 

 

Длина волны

       м

Запирающее

Напряжение

          В

Мощность светового потока  мВт

Энергия светового потока  эВ

Величина фототока

        мА

 380

        1

       0,2

     3,27

      0,185

 380

        1

        1

     3,27

      0,924

 540

        1

       0,4

     2,3

      0,185

 540

        1

        1

     2,3

      0,572

 

Анализируя полученные данные  учащиеся делают следующие выводы :

1.     Работу выхода можно найти как разность между энергией светового потока и произведением заряда электрона на запирающее напряжение.

2.     Постоянную Планка можно определить :

                                                      

 

 Данное уравнение     также  объясняет основные закономерности фотоэффекта:

     Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно         возрастает с частотой света и не зависит от падающего светового    потока.

Если между фотокатодом и анодом вакуумного фотоэлемента создать электрическое поле, тормозящее движение электронов к аноду, то при некотором значении задерживающего напряжения Uз анодный ток прекращается. Величина Uз определяется соотношением

  

3.     Количество электронов, вырываемых с поверхности металла в секунду, прямо пропорционально мощности светового потока P.

4.     Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты νmin, то фотоэффект не происходит («красная граница фотоэффекта»)

  

5.     У щелочных металлов красная граница лежит в диапазоне видимого света.

 

6.     Каждому ученику далее предлагается  заранее подготовленный тест, для  закрепления пройденного материала , состоящий из вопросов блока «А» последней демоверсии  экзамена по физики в виде ЕГЭ:

1.От чего зависит максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, выбиваемых из металла при фотоэффекте?

          А) от частоты падающего света

          Б) от интенсивности падающего света

          С) от работы выхода электронов из металла

 

Правильным являются ответы:

1)    Только Б          2) А и Б                 3 ) А и В              4 ) А, Б и В

2.Поверхность металла освещают светом, длина волны которого меньше длины волны, соответствующей красной границе фотоэффекта для данного вещества. При увеличении интенсивности света

1)    Фотоэффект не будет происходить при любой интенсивности света.

2)    Будет увеличиваться количество фотоэлектронов.

3)    Будет увеличиваться энергия фотоэлектронов.

4)    Будет увеличиваться количество и энергия фотоэлектронов.

3. В опытах по фотоэффекту  пластину из металла с работой выхода 3,5 эВ освещали электромагнитным излучением с энергией 12 эВ. Затем частоту падающего  на пластину излучения увеличили в  2 раза, оставив его интенсивность неизменной. В результате этого максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

1)    Не изменилась, так как фотоэлектронов не будет

2)    Увеличилась в 2 раза

3)    Увеличилась более чем в 2 раза

4)    Увеличилась менее чем в 2 раза

4.Импульс фотона имеет наименьшее значение в диапазоне  частот.

1)    Рентгеновского излучения

2)    Видимого излучения

3)    Ультрафиолетового излучения

4)    Инфракрасного излучения

 

5.Частота красного света примерно в 2 раза меньше частоты фиолетового света. Энергия фотона красного света по отношению к энергии фотона фиолетового света

1)    Больше в 4 раза

2)    Больше в 2 раза

3)    Меньше в 4 раза

4)    Меньше в 2 раза

 

 

7.     Учащиеся в конце урока сдают отчет, который содержит таблицы результатов проведенных экспериментов, расчеты величин и график зависимости  вольт-амперной характеристики для двух любых длин волн световой волны.  Учитель объявляет  полученные оценки и дает задание на дом :  88 - 91  Учебник физики 11 класс, Г.Я Мякишев

 

 

 

 

 

 

Учебно - методический комплект

1.     Компьютерный диск « Готовимся к ЕГЭ». Физика « Решение экзаменационных задач в интерактивном режиме».

2.     Компьютерный диск Физика 7-11, Физикон.

3.     Учебник физики 11 класс, Г.Я Мякишев , Москва ,Просвещение, 2006