Урок в 11 классе по теме: «Фотоэффект»

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЕРЕЙСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №1

Открытый урок по физике

Верея, 2013 – 2014

КОНСПЕКТ

Обобщающий урок по теме: «Фотоэффект»

Предмет: физика.

Тип урока: решение задач.

Вид урока: стандартный.

Цели:

Проверка теоретических знаний по теме "Фотоэффект".

Отработка навыка решения задач разного типа и уровня в соответствии материала ЕГЭ

Задачи:

- обучающая: научить решать задачи на фотоэффект

-развивающая: развивать творческое мышление

-воспитывающая: воспитывать добросовестное отношение к предмету.

Оборудование: компьютер, проектор, экран, раздаточный материал

План урока:

Орг момент.(1 мин)

Повторение теоретических знаний.(7 мин.)

Тест (15 мин)

Разбор заданий части В из теста устно (4 мин)

Решение задач части С( 19 мин.)

Обобщение. Дом. задание.(3 мин.)

Повторение теоретических знаний.

1.Кто является основоположником квантовой теории?

(М.Планк)

2.Как атомы испускают энергию? Чему равна эта энергия?

(Макс Планк предположил, что атомы испускают энергию порциями- квантами. Энергия одного кванта равна Е=h)

3.Кто является основоположником теории фотоэффекта?

(А.Г.Столетов – русский физик. Исследование фотоэффекта принесло ему мировую известность. Столетов показал возможность применения фотоэффекта на практике. Он является инициатором создания физического института при Московском университете)

4.Что называется фотоэффектом?

(Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света)

5.Каким законам подчиняется фотоэффект?

(1 закон: Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны

2 закон: Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности

3 закон: Для каждого вещества фотоэффект наблюдается лишь в том случае, если частота света  больше минимального значения )

6.Кто дал объяснение явлению фотоэффекта?

(Альберт Эйнштейн в экспериментах увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями. Энергия каждой порции равна Е=h. Она расходуется на совершение работы выхода электрона из металла А и на сообщение электрону кинетической энергии h=A+ )

7.Что такое фотон?

(Фотон – это элементарная частица, лишенная массы покоя и электрического заряда, но обладающая энергией и импульсом. Это квант электромагнитного поля.)

8.Как определить массу фотона?

(m= )

9.Как определить импульс фотона?

(Фотон лишен массы покоя и при рождении сразу имеет скорость с. Импульс фотона: )

10.Как направлен импульс фотона?

(Импульс фотона направлен по световому лучу)

11. Четырёх учеников попросили нарисовать общий вид графика зависимости максимальной энергии Ек электронов, вылетевших из пластины в результате фотоэффекта, от интенсивности падающего света. Какой из приведённых на рис. 7, а–г графиков выполнен правильно?

(Ответ: г)

12. Какой из графиков на рис. 9, а–г соответствует зависимости максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего света?

(Ответ: б)

Тест

ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ ПО ТЕМЕ «ФОТОЭФФЕКТ»

Вариант 1

Часть А

1.Какое из приведенных ниже выражений соответствует импульсу фотона?

А. h Б. В.m

2.Фотон, соответствующий фиолетовому или красному свету, имеет наибольшую энергию?

А.Красному Б.Фиолетовому В.Энергии обоих фотонов одинаковы

3.Как изменится максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при фотоэффекте, если увеличить частоту облучающего света, не изменяя интенсивность падающего света?

А.Увеличится Б.Уменьшится В.Не изменится

4. Длина волны рентгеновского излучения равна 10^-10м. Во сколько раз энергия одного фотона этого излучения превосходит энергию фотона видимого света длиной волны 4*10^-7м?

А) 25 Б) 40 В) 2 500 Г) 4 000

5.Как изменится фототок насыщения при фотоэффекте, если увеличить интенсивность падающего света в 2 раза?

А.Увеличится в 4 раза Б.Уменьшится в 2 раза В.Увеличится в 2 раза

6.Какой из перечисленных ниже величин пропорциональна энергия фотона?

А.квадрату скорости фотона Б.скорости фотона В.частоте излучения Г.длине волны

Часть В

1.При освещении металлической пластины светом длиной волны  наблюдается явление фотоэлектрического эффекта. Установите соответствие между физическими величинами, характеризующими процесс фотоэффекта, перечисленными в первом столбце, и их изменениями во втором столбце при уменьшении в 2 раза длины волны падающего на пластину света.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ИХ ИЗМЕНЕНИЯ

А)Частота световой волны 1)остается неизменной

Б)Энергия фотона 2)увеличивается в 2 раза

В)Работа выхода 3)уменьшается в 2 раза

Г)Максимальная кинетическая 4)увеличивается более чем в 2 раза

энергия фотоэлектрона 5)увеличивается менее чем в 2 раза

2.При освещении металлической пластины светом наблюдается фотоэффект. Частоту света  плавно изменяют. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от частоты падающего света эти графики могут представлять. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ГРАФИКИ:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ:

1) работа выхода фотоэлектрона из металла

2) максимальный импульс фотоэлектронов

3) энергия падающего на металл фотона

4) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ ПО ТЕМЕ «ФОТОЭФФЕКТ»

Вариант 2

Часть А

1.Какое из приведенных ниже выражений соответствует энергии фотона?

А. h Б. В.

2.Фотон, соответствующий фиолетовому или красному свету, имеет наименьший импульс?

А.Красному Б.Фиолетовому В.Импульсы обоих фотонов одинаковы

3.Как изменится фототок насыщения при фотоэффекте, если уменьшить интенсивность падающего света?

А.Увеличится Б.Уменьшится В.Не изменится

4. Один лазер излучает монохроматический свет с длиной волны ₁=300нм, другой с длиной волны 700нм. Отношение импульсов фотонов , излучаемых лазерами равно

А Б В Г

5.Как изменится максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов при фотоэффекте, если уменьшить частоту облучающего света в 4 раза, не изменяя интенсивность падающего света?

А.Увеличится в 2 раза Б.Уменьшится в 2 раза В.Уменьшится в 4 раза

6.Какое физическое явление служит доказательством квантовой природы света?

А.интерференция Б.дифракция В.поляризация Г.фотоэффект

Часть В

1.При освещении металлической пластины светом частотой  наблюдается явление фотоэлектрического эффекта. Установите соответствие между физическими величинами, характеризующими процесс фотоэффекта, перечисленными в первом столбце, и их изменениями во втором столбце при увеличении частоты падающего на пластину света в 2 раза.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ИХ ИЗМЕНЕНИЯ

А)Длина световой волны 1)остается неизменной

Б)Энергия фотона 2)увеличивается в 2 раза

В)Работа выхода 3)уменьшается в 2 раза

Г)Максимальная кинетическая 4)увеличивается более чем в 2 раза

энергия фотоэлектрона 5)увеличивается менее чем в 2 раза

2. При освещении металлической пластины светом наблюдается фотоэффект. Длину волны  света плавно изменяют. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от длины волны падающего света эти графики могут представлять. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ГРАФИКИ:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ:

1) работа выхода фотоэлектрона из металла

2) импульс падающего на металл фотона

3) сила фототока

4) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

Разбор заданий части В из теста устно

1. При освещении металлической пластины светом наблюдается фотоэффект. Частоту света  плавно изменяют. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от частоты падающего света эти графики могут представлять. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ГРАФИКИ:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ:

1) работа выхода фотоэлектрона из металла

2) максимальный импульс фотоэлектронов

3) энергия падающего на металл фотона

4) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

Решение.

Энергия фотона прямо пропорциональна частоте: Е=h. На графике Б изображена именно такая зависимость физической величины от частоты, поэтому этот график соответствует энергии падающего на металл фотона (Б — 3).

Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, энергия фотона идет на работу выхода и на сообщение электрону кинетической энергии: h=A+W_k. Поэтому максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона зависит от частоты следующим образом: W_k=A-h. Если частота фотона меньше частоты , соответствующей красной границе, фотоэффект не наблюдается. Поэтому от графика функции W_k=A-h нужно взять только часть, где W_k≤0. На графике А изображена именно такая ситуация, поэтому график А соответствует максимальной кинетической энергии фотоэлектронов (А — 4).

Работа выхода фотоэлектрона характеризует свойства материала металлической пластины и не зависит от частоты падающего на нее света, поэтому график этой величины должен представлять собой горизонтальную линию. Максимальный импульс фотоэлектронов связан с максимальной кинетической энергией соотношением p=, а потому его зависимость от частоты будет нелинейной.

Ответ: 43

При освещении металлической пластины светом наблюдается фотоэффект. Длину волны  света плавно изменяют. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от длины волны падающего света эти графики могут представлять. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ГРАФИКИ:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ:

1) работа выхода фотоэлектрона из металла

2) импульс падающего на металл фотона

3) сила фототока

4) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов

Решение.

Работа выхода фотоэлектрона характеризует свойства материала металлической пластины и не зависит от длины волны падающего на нее света, поэтому график этой величины должен представлять собой горизонтальную линию. Тоже самое и для силы фототока: она определяется интенсивностью света, а не его длиной волны. Разберемся с оставшимися вариантами ответа.

Импульс фотона обратно пропорционален длине волны: p= . На графике А изображена именно такая зависимость физической величины от длины волны, поэтому этот график соответствует импульсу падающего на металл фотона (А — 2).

Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта, энергия фотона идет на работу выхода и на сообщение электрону кинетической энергии: h=A+W_k . Поэтому максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона зависит от длины волны следующим образом:

W_k=h-A. Если длина волны фотона больше длины волны , соответствующей красной границе, фотоэффект не наблюдается. Поэтому от графика функции W_k=h-A нужно взять только часть, где W_k≥0. На графике Б изображена именно такая ситуация, поэтому график Б соответствует максимальной кинетической энергии фотоэлектронов (А — 4).

Ответ: 24

ГОТОВИМСЯ К ЕГЭ (ЧАСТЬ С)

1. Фотон с длиной волны, соответствующей красной границе фотоэффекта, выбивает электрон из металлической пластинки (катода), помещенной в сосуд, из которого откачан воздух. Электрон разгоняется однородным электрическим полем напряженностью Е. Пролетев путь S=5*10^-4м , он приобретает скорость 3*10⁶м/c. Какова напряженность электрического поля? Релятивистские эффекты не учитывать.

Решение.

Уравнение Эйнштейна в данном случае будет иметь вид: , из чего следует, что начальная скорость вылетевшего электрона . Формула, связывающая изменение кинетической энергии частицы с работой силы со стороны электрического поля:A= .

Работа силы связана с напряженностью поля и пройденным путем: A=FS=eES. Отсюда E=.

Ответ: 5*10⁴ В/м .

2. Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода _кр=290нм . При облучении катода светом с длиной волны  фототок прекращается при напряжении между анодом и катодомU=1,5В. Определите длину волны .

Решение.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: (1).

Условие связи красной границы фотоэффекта и работы выхода: А=(2).

Выражение для запирающего напряжения — условие равенства максимальной кинетической энергии электрона и изменения его потенциальной энергии при перемещении в электростатическом поле: (3).

Решая систему уравнений (1), (2) и (3), получаем: = .

Ответ: 215нм .

3. В двух опытах по фотоэффекту металлическая пластинка облучалась светом с длинами волн соответственно ₁=350 нм и ₂=540 нм. В этих опытах максимальные скорости фотоэлектронов отличались в раза. Какова работа выхода с поверхности металла?

Решение.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта в первом опыте:

(1)

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта во втором опыте:

(2)

Отношение максимальных скоростей фотоэлектронов: n=(3)

Решая систему уравнений (1)—(3), получаем: A= .

Ответ: 1,9эВ .

4. В вакууме находятся два покрытых кальцием электрода, к которым подключен конденсатор емкостью С = 8000 пФ. При длительном освещении катода светом c частотой ν = 10¹⁵ Гц фототок, возникший вначале, прекращается. Работа выхода электронов из кальция А = 4,42•10^-19 Дж. Какой заряд q при этом оказывается на обкладках конденсатора?

5. Фотокатод, покрытый кальцием (работа выхода 4,42•10^-19 Дж), освещается светом с длиной волны 300 нм. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле с индукцией 8,3•10^-4 Тл перпендикулярно линиям индукции этого поля. Каков максимальный радиус окружности, по которой движутся электроны?

Дом. задание

1. П. 88-93 (повторить формулы и определения по теме);

2. Подготовиться к контрольной работе.

3.На поверхности водяной капли V=1 мм³ ежесекундно падает 10¹⁶фотонов с длиной волны 500нм. Все фотоны поглощаются водой. За какое время капля нагреется на 47К.

Решение:

t=47 c

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/58103-urok-v-11-klasse-po-teme-fotojeffekt