План-конспектурока
ГипотезаМ. Планка. Фотоэлектрический эффект.
Законыфотоэффекта
Цель урока: — ознакомить с гипотезой М.Планка
— рассмотреть явлениефотоэффекта и изучить законы фотоэффекта
Тип урока: урок открытия нового знания
Оборудование: мультимедийный проектор,экран, компьютер, CD« Коллекция материалов. Физика 7-11».
1. Актуализациязнаний 5 мин
2. Новаятема 1) Физика конца 19 века
2) Гипотеза М. Планка
3) Фотоэффект. Демонстрация анимация явления
4) Законы фотоэффекта. Самостоятельная работа по группам
5) Уравнение Эйнштейна
4.Закрепление
5.Рефлексия
6.Дома стр. 259. § п. 69; стр. 277 № 4, 5 (задачи для самостоятельного решения)
Ходурока
1. Организационныймомент. Приветствие
2. Актуализациязнаний в виде игры: «Скоростной режим». Время 4мин
Задания в конверте на группу. Группаподписывает ФИО участников на конверте. Три карточки с вопросами. Участникисами могут распределить карточки для ответов между игроками.
Карточка № 1
Буква, я тебя знаю!
Какие физические величины обозначаютданные буквы? В каких единицах измеряются? Заполните таблицу
|
Буква, обозначающая физическую величину |
Физические величина |
Единица измерения физической величины |
|
A |
|
|
|
λ |
|
|
|
υ |
|
|
|
m |
|
|
|
Е |
|
|
Карточка № 2
Я знаю правила.
Записать формулыкинетической энергии, скорости волны, чему равна скорость света в вакууме.
Карточка № 3
Язнаю почему?
Условие возникновенияэлектромагнитных волн:
Послезавершения ответы совместно (команды по очереди). На следующий урок проверяютответы другой команды. Желательно проверку дать ученику, в знаниях которогоучитель не уверен.
3. Новая тема
1) Физика конца 19 века
Многиеученые в конце 19 века считали, что физика ответила на все вопросы и еёразвитие завершено. Остается только использовать научные знания и применять напрактике. Какие теории и законы составляло физическую картину того времени?
1. Классическая механика Ньютона. Законымеханики и теория всемирного тяготения.
2. Молекулярно-кинетическая теория
3. Создана основа термодинамики
4. Признана теория электромагнитного поля Дж.К. Максвелла
5. Открыты фундаментальные законы сохранения:энергии, импульса, момента импульса, массы и электрического заряда.
Но…Появились новые открытия, которые классическая физика не смогла объяснить:
1. ОткрытиеВ. Рентгеном Х – лучей
2. ОткрытиеА. Беккерелем явления радиоактивности
3. ОткрытиеДж. Томсоном электрона
2) Гипотеза М. Планка.
Величайшаяреволюция в физике совпала с началом 20 века. Законы, полученные Максвеллом, несмогли объяснить особенности распределения интенсивности в спектре абсолютночерного тела. Анализируя свойста излучения абсолютно черного тела, М. Планксформулировал идею (гипотезу):
Энергияатомов может меняться отдельными порциями – квантами, причем если происходитизлучение, то энергия атома на эту порцию уменьшается и при поглощении — увеличивается.Энергия Е каждой порции пропорциональна частоте υ и определяется формулой:
Е= հυ,
где հ – постоянная Планка, հ = 6, 63×
Дж×с
14 декабря 1900 г. заседании немецкогофизического общества М. Планк выступил с официальным обоснованием своейгипотезы. Она поразительно совпадала с результатами опытов. Этот день можносчитать днем рождения науки о квантах.
3) Явление фотоэффекта являетсяэкспериментальным подтверждением дискретной структуры излучения. В частности о том,что энергия кванта равна հυ.
Открыт фотоэлектрическийэффект Г. Герцем в 1897 г. Проводя опыты с электромагнитными волнами, увидел,что если осветить цинковую пластинку ультрафиолетовым светом, то пластинказаряжается. Найдите определение явления на стр. 260 учебника § 69 и запишите втетрадях:
Фотоэффект- явление вырывания электроновиз вещества под действием света.
Наблюдение анимации фотоэффекта. Физика7-11
4) Законы фотоэффекта
Рис. 10.2 на стр. 261
Количественная закономерность фотоэффекта была исследована профессором Московскогоуниверситета А.Г. Столетовым. Первые опыты по исследованию фотоэффекта начатыроссийским ученым 20 февраля 1888 г. Исследования продолжались практическинепрерывно до 21 июня 1889 г.
Формулируем посленаблюдение анимации фотоэффекта. Физика 7-11
Записываюттри закона по материалам учебника. Четвертый закон приводится учителем.
Первыйзакон фотоэффекта: Фототок насыщения прямо пропорционален световому потоку,падающему на металл.
Изучаюти анализируют самостоятельно Рис. 10.3. График зависимости тока насыщения приразной интенсивности светового потока. Вывод: число электронов, выбиваемых за 1с из вещества, пропорционально интенсивности света, падающего на это вещество.
Максимальное значение силы тока — 
называется токомнасыщения. Сила тока насыщения определяется числом электронов, испускаемых за1с освещаемым электродом.
Второйзакон фотоэффекта: Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямопропорциональна частоте падающего на катод излучения и не зависит отинтенсивности излучения.
Если к освещенному электроду подключить положительныйполюс батареи, то при некотором напряжении фототок прекращается. Это явление независит от величины светового потока. По закону сохранения энергии:
= e
,
где e– заряд электрона; m – массаэлектрона; 
скорость электрона;
– запирающее напряжение(фототок прекращается)
Третийзакон фотоэффекта: Для каждого вещества существует максимальная длина волныпадающего на него излучения, при которой фотоэффект еще наблюдается. Прибольших длинах волн излучения фотоэффекта нет.
Припереходе на частотные характеристики третий закон можно формулировать следующимобразом: Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е.существует наименьшая частота 
, при которой ещё возможенфотоэффект.
Энергия кванта излучения определяетсяформулой Планка:
Е= հυ
Частотаυ =
гдес- скорость электромагнитной волны (скорость света);
λ– длина волны
Для каждого вещества естьминимальное значение частоты, при которой возможен фотоэффект. При меньшихзначениях частоты падающего света и соответственно меньших значениях энергиикванта вырывание электронов невозможно. Эту минимальную частоту А. Г. Столетовназвал красной границей фотоэффекта 
Смыслтермина «красная граница»: красный свет лежит в области меньших частот, чемсиний или фиолетовый, а «красная граница», хотя она может, в зависимости отвещества катода, находиться в любой области спектра (например, для цинка вультрафиолетовой), все же ближе к красному участку, чем все другие частоты,вызывающие фотоэффект.
Частота υ =
Е = հυ = հ
Если частота имеетминимальное значение 
, значит длясоответствующей длины волны значение будет максимальным 
Четвертый закон фотоэффекта: Фотоэффектбезынерционен.
Электрический ток устанавливаетсяпрактически мгновенно и в каждый момент соответствует силе освещения.
5) УравнениеЭйнштейна
А. Эйнштейн, развив теорию М. Планка, показал, что законы фотоэффекта могутбыть объяснены при помощи квантовой теории. Создал теорию фотоэффекта в 1905 г.Шестнадцать лет спустя классическую простоту уравнения Эйнштейна Шведскаяакадемия наук отметила Нобелевской премией.
Основная идея теории фотоэффекта: каждый фотоэлектрон вырывается из катода засчет действия одного кванта излучения. При поглощении квантаизлучения свободный электрон металла получает энергию:
Е= հυ
Порцияэнергии передается целиком! Эта энергия расходуется на освобождение электронаиз металла и на сообщение ему кинетической энергии.
Освобождение электрона из металла можно объяснить на основании классическойэлектронной теории. При выходе электрона из металла в нем (в металле)образуется индуцированный положительный заряд. Он притягивает электрон кметаллу. См. рис.1
Электрон
 |
вакуум
металл
Рис.1Взаимодействие электрона и индуцированного положительного заряда в металле
Так над металлом создается тонкий отрицательно заряженный электронный слой,который вместе с положительными ионами поверхности металла, находящимися вузлах кристаллической решетки, образуют своеобразный заряженный конденсатор,поле которого препятствует выходу новых электронов. См. рис.2
вакуум — — — — — — — — — — — — — — —
+ + + + + ++ + + + +
Металл
Рис.2
Для вырывания электронов из металла надо совершить работу против сил,препятствующих выходу электронов. Минимальная дополнительная энергия, которуюнадо сообщить электрону для его удаления с поверхности тела в вакуум,называется работой выхода 
. Работа выхода дляразличных веществ неодинакова и зависит от частоты поверхности. Демонстрациятаблицы значений работы выхода
На основании закона сохранения энергии А. Эйнштейн вывел уравнение дляфотоэффекта. Энергия кванта излучения должна обеспечить выход электрона изметалла и приобретение электроном кинетической энергии:
Е= հυ = 
+ 
Проблемный вопрос ученикам. Подумайте! Как объяснить второй и третий законфотоэффекта, опираясь на квантовую теорию?
Основнаяидея теории фотоэффекта: каждый фотоэлектрон вырывается из катода за счетдействия одного кванта излучения. Поэтому кинетическая энергиявырванного электрона зависит от частоты излучения, а не от полной энергииволны. Также качественно объясняется наличие «красной границы»: квант энергии,соответствующий волне с малой частотой, может оказаться меньше энергии,необходимой для вырывания фотоэлектрона из катода.
Фотоэффект могут вызвать лишь те кванты, энергия которых не меньше работы выхода.
հ
= Aвых 
4. Закреплениеизученного материала
— Каково условие существования фотоэффекта? — Напишите формулу Эйнштейна для фотоэффекта и объясните её физическую суть? — Решите задачу: Наибольшая длина волны света, при котором происходитфотоэффект для вольфрама, 0, 275 мкм. Определите:
1) Работу выхода электронов из вольфрама.(Aвых = 7,2 ×
) 2) Наибольшую скорость электронов, вырываемых из вольфрама светом длиной волны0,18 мкм. (
)
5. Рефлексия
Ученик делает записидвух терминов, понятий, которые хорошо поняты им на уроке и два термина,которые не усвоил. Собираются ответы и учитель зачитывает. Комментируют. Нацеливаетна рассмотрение проблемных вопросов при выполнении домашнего задания. Для себяотмечает, на что надо обратить внимание при проверке домашнего задания наследующем уроке.
Используемыеисточники
1. Физика. 11класс: учеб. для общеобразоват. организаций: базовый и углубл. уровени/ Г.Я.Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин; под ред. Парфентьевой. — М.: Просвещение,2022
2. Волков А.В.Универсальные поурочные разработки по физике. 11 класс. – М. : ВАКО, 2018
