Презентация урока физики по теме "Фотоэффект" 11 кл.

§

Глава 10

Световые кванты

Урок

38/1

§ 69,70

11

класс

Квантовая

ФИЗИКА

Учиться и, когда придет время, прикладывать усвоенное к делу – разве это не прекрасно! Конфуций

Повторим Законы Максвелла

• взаимодействия между электрически заряженными телами осуществляются посредством электромагнитного поля

• Закон Ампера Закон электромагнитной индукции Отсутствие магнитных зарядов Закон Кулона Уравнения состояния электромагнитной среды Принцип суперпозиции полей
• Закон Ампера
• Закон электромагнитной индукции
• Отсутствие магнитных зарядов
• Закон Кулона
• Уравнения состояния электромагнитной среды
• Принцип суперпозиции полей

Повторим Следствия

• конечность скорости распространения с=3 * 10 8 м/с
• электромагнитные явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчёта (принцип относительности)
• лежат в основе электротехники и радиотехники и играют важнейшую роль в развитии таких актуальных направлений современной физики, как физика плазмы и проблема управляемых термоядерных реакций, магнитная гидродинамика, нелинейная оптика, конструирование ускорителей заряженных частиц, астрофизика и т. д.
• неприменимы лишь при больших частотах электромагнитных волн, когда становятся существенными квантовые эффекты

Противоречия

при излучении коротких электромагнитных волн

По Максвеллу:

нагретое тело непрерывно теряет энергию и должно охладиться до абсолютного нуля;

электроны в атоме вращаются по круговым орбитам, следовательно, должны непрерывно испускать электромагнитные волны;

спектры испускания атомов линейчатые, а не непрерывные.

Макс Планк

теоретический вывод о соотношении между температурой тела и испускаемым этим телом излучением; R (T) = σT 4 .

излучение испускают атомы небольшими дискретными порциями, которые Эйнштейн назвал квантами;

энергия каждого кванта пропорциональна частоте излучения.

• Атомы испускают и поглощают энергию квантами

E = hν

h – постоянная Планка

Во всём мне хочется дойти До самой сути. В работе, в поисках пути, В сердечной смуте До сущности протекших дней, До их причины, До оснований, до корней, До сердцевины. Б. Пастернак

Гипотеза:

Фотоэффект

- вырывание электронов из вещества под действием света

Цель: создать условия для умения объяснять, что фотоэффект – это

вырывание электронов из вещества под действием света,

вывести законы фотоэффекта

Задачи :

1 . Продемонстрировать вырывание электронов из пластины

2. Рассмотреть опыт Александра Григорьевича Столетова

3. Получить о фотоэффекте полное представление

4. Записать законы фотоэффекта

5. Объяснить фотоэффект экспериментальными законами Эйнштейна

6. Выяснить основные закономерности фотоэффекта (теория фотоэффекта)

Квантовая физика  - раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.

Муниципальное образовательное автономное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа с.Солнечное» Ивановского района

Фотоэффект

Учебник «Физика 11» Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин

Москва «Просвещение»2019 год

Подготовила Сорокина О.А.

Открытие явления – 1886 год, немецкий учёный, Генрих Герц.

Опытное доказательство – 1888 год, выдающийся русский физик, А. Г. Столетов.

Электрон еще не был открыт. Лишь в 1898 году Дж.Дж. Томпсон и Ф. Ленард, измерив удельный заряд испускаемых телом частиц, установили, что это электроны.

Теоретическое подтверждение – 1905 год, английский учёный, А. Эйнштейн.

Опыт Г. Герца

при облучении ультрафиолетовыми лучами

электродов, находящихся под высоким напряжением,

разряд возникает при большем расстоянии

между электродами, чем без облучения

Внешний фотоэффект

Если фотоэффект сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют  внешним фотоэффектом  

или  фотоэлектронной эмиссией , а вылетающие электроны -  фотоэлектронами .

Если фотоэффект не сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют  внутренним .

Чтобы нам продолжить путь, Надо знанья почерпнуть Мы тетради открываем И фотоэффект изучаем

Какие выводы можно сделать из данного опыта?

Схема установки

для изучения законов

фотоэффекта

Ультрафиолетовые лучи, проходящие через сетчатый положительный электрод, попадают на отрицательно заряженную цинковую пластину и выбивают из нее электроны, которые устремляются к сетке, создавая фототок, регистрируемый чувствительным гальванометром.

Выясним, от чего зависит число

вырванных светом с поверхности вещества электронов (фотоэлектронов) и чем определяется их скорость или кинетическая энергия

При

следовательно выбитые электроны обладают кинетической энергией.

Зависимость силы тока

от приложенного напряжения

Первый закон фотоэффекта:  фототок насыщения - максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из вещества за единицу времени, - прямо пропорционален падающему световому потоку Ф.

Увеличение интенсивности света означает увеличение числа падающих фотонов, которые выбивают с поверхности металла больше электронов .

U з в результате облучения электроны, выбитые из электрода, могут достигнуть противоположного электрода и создать некоторый начальный ток. " width="640"

Задерживающее напряжение  - минимальное обратное напряжение между анодом и катодом, при котором фототок равен нулю.

Задерживающее напряжение

При U U з в результате облучения электроны, выбитые из электрода, могут достигнуть противоположного электрода и создать некоторый начальный ток.

Второй закон фотоэффекта:  максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте падающего на катод излучения и не зависит от интенсивности этого излучения.

Важно знать

свет имеет прерывистую структуру: излучается и поглощается

отдельными порциями;

свет имеет прерывистую структуру6 излучённая порция световой

энергии сохраняет свою индивидуальность и в дальнейшем.

Поглотиться может только вся порция целиком.

Работа выхода – это минимальная энергия, которую надо сообщить электрону,

чтобы он покинул металл

Скорость электронов определяется только частотой света и

работой выхода, зависящей от типа металла и состояния его

поверхности. От интенсивности света скорость не зависит.

А зависит от рода вещества

Третий закон фотоэффекта:  для каждого вещества существует граничная частота такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения. Эта минимальная частота излучения называется  красной границей  фотоэффекта

  Внешним фотоэффектом  называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.  Внешний фотоэффект  наблюдается в твердых телах (металлах, полупроводниках, диэлектриках), а также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация).

       Внутренний фотоэффект  – это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению электродвижущей силы (ЭДС).

В 1921 году Альберт Эйнштейн  стал обладателем  Нобелевской премии , которая, согласно официальной формулировке, была вручена «за заслуги перед теоретической физикой и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта».

Теорию фотоэффекта разработал Альберт Эйнштейн. 

На основе квантовых представлений Эйнштейн объяснил фотоэффект. Электрон внутри металла после поглощения одного фотона получает порцию энергии и стремится вылететь за пределы кристаллической решетки, т.е. покинуть поверхность твердого тела. При этом часть полученной энергии он израсходует на совершение работы по преодолению сил, удерживающих его внутри вещества. Остаток энергии будет равен кинетической энергии

  Вентильный фотоэффект  является разновидностью внутреннего фотоэффекта, – это возникновение ЭДС (фото ЭДС) при освещении контакта двух разных полупроводников или полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического поля). Вентильный фотоэффект открывает пути для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

       Многофотонный фотоэффект  возможен, если интенсивность света очень большая (например, при использовании лазерных пучков). При этом электрон, испускаемый металлом, может одновременно получить энергию не от одного, а от нескольких фотонов.

Постоянная Планка h = 6,62∙10 -34 Дж∙с

Не зависит от интенсивности

интенсивности света



Свет энергия кванта выбивание





Фотоэффект

Законы

Уравнение Эйнштейна



Красная

граница

фотоэффекта

Как можно вычислить постоянную Планка?

• Как следует из уравнения Эйнштейна, тангенс угла наклона прямой, выражающей зависимость запирающего потенциала U з от частоты ν, равен отношению постоянной Планка h к заряду электрона e:

• Это позволяет экспериментально определить значение постоянной Планка. Такие измерения были выполнены Р. Милликеном (1914 г.) и дали хорошее согласие со значением, найденным Планком.

тест :

1. Какое из перечисленных физических явлений доказывает квантово-

корпускулярные свойства света

а) дифракция б) фотоэффект в) интерференция

• Как изменится кинетическая энергия фотоэлектронов при фотоэффекте, если увеличить частоту падающего на металл света, не изменяя общую мощность излучения:

а) уменьшится б) не изменится в) увеличится

3. В каком случае электрометр, заряженный отрицательным зарядом, быстрее разрядится при освещении:

• инфракрасным излучением 2) ультрафиолетовым излучением

а) только 2 б) только 1 в) оба случая

4. Как изменится частота красной границы фотоэффекта, если шарику радиуса R сообщить положительный заряд:

а) уменьшится б) не изменится в) увеличится

5. Может ли свободный электрон, находящийся в проводнике, полностью поглотить фотон:

а) нет б) да в) нет однозначного ответа

б, в, а, в, б

Применение фотоэффекта

Вакуумные фотоэлементы

Полупроводниковые фотоэлементы

Рефлексия :

• Я узнал много нового.
• Мне это пригодится в жизни.
• На уроке было над чем подумать.
• На все возникшие у меня в ходе урока вопросы,

я получил ответы.

5. На уроке я поработал добросовестно и цели урока достиг.

Иллюстрации

https://tunnel.ru/media/images/2018-02/post/115287/1.jpg

https://scientificrussia.ru/data/auto/material/large-preview-aleksandr_grigorevich_stoletov.jpg

https://avatars.mds.yandex.net/get-zen_doc/1931555/pub_5ecb63be6f66a73416327014_5ecb829c6fe9405a2b3a0d04/scale_1200

https://www.ferra.ru/imgs/2019/11/03/14/3639921/48b58b99cfab75c0c202026bf0d80ae82ab62c7e.jpg

https://jofo.me/data/userfiles/7650/images/i329619_solartechnik_wissen_unterschied-solarthermie-pv.jpg

https://bigenc.ru/media/2016/10/27/1235243109/28624-28664.jpg

http://sseg.ho.ua/image_foto/zg1.jpg

https://tdvorota.ru/catalog/fotoelementy/fotoelementy-orientiruemye-v-antivandalnom-korpuse-medium-epmao/?ymclid=16115687949272825801800003

https://img.etimg.com/thumb/msid-69891090,width-1200,height-900,resizemode-4,imgsize-229680/albert-einstein_getty.jpg