2-й семестр

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

5. Волновая и квантовая оптика

УРОК 16/74

Тема. Решение задач

Цель урока: закрепить знания учащихся о законах фотоэффекта при решении конкретных задач.

Тип урока: урок закрепления знаний.

Контроль знаний:

1. Явление фотоэффекта.

2. Законы фотоэффекта.

3. Применение фотоэффекта.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Усвоению теоретического материала о законах фотоэффекта хорошо помогают правильно организованные занятия с решением соответствующих задач. В зависимости от уровня подготовки класса учитель подбирает такие задания, которые в полной мере отвечают познавательным запросам учащихся. Ниже приводим ориентировочный набор качественных и расчетных задач, из которых учитель может выбрать необходимые для этого урока.

Очень часто для измерения энергии заряженных частиц в атомной и ядерной физике применяют единицу, которую называют электрон-вольт:

1 электрон-вольт (1 эв) - это энергия, которую приобретает частица с зарядом, равен заряду электрона (qe = 1,6 · 10-19 Кл), при прохождении разности потенциалов в 1 В.

Качественные задачи

1. На что тратят энергию, затрачувану в процессе совершения работы выхода электрона из металла?

2. Цинковая пластинка, заряженная отрицательно и присоединена к электрометра, освещается светом электрической дуги. Почему стрелка электрометра сначала возвращается в нулевое положение, а затем снова отклоняется?

3. Желтый свет, падающий на поверхность катода, вызывает фотоэффект. Обязательно возникнет ли фотоэффект при освещении катода синим светом? оранжевым светом?

4. У которого света - красная или зеленого - энергия фотона больше?

5. Сравните энергии фотонов видимого света, инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений.

Расчетные задачи

1. Когда длину волны излучения, падающего на катод фотоэлемента, уменьшили от λ1 = 500 нм до λ2 = 400 нм максимальная скорость фотоэлектронов увеличилась в 2 раза. Определите красную границу фотоэффекта λmax для этого катода.

Решения. После изменения длины волны излучения максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличилась в 4 раза. Согласно уравнению Эйнштейна для фотоэффекта

Исключая из этих уравнений Ek1, найдем

Поскольку получаем Проверив единицы величин и подставив числовые значения, находим красную границу фотоэффекта: 545 нм.

2. Определите постоянную Планка, если с увеличением частоты электромагнитного излучения в процессе фотоэффекта на 1,21 · 1011 кГц затримувальний потенциал вырос на 0,5 В.

3. При освещении поверхности некоторого металла светом с частотой 5 · 1014 Гц вылетают фотоелектрони. Какова работа выхода электронов из металла, если максимальная кинетическая энергия электронов фото 1,2 эв?

4. На рисунке показана вольт-амперная характеристика вакуумного фотоэлемента, на катод которого действует свет длиной волны 450 нм. Найдите красную границу фотоэффекта для данного катода.

Домашнее задание

1. Подр.: § 23 (п. 1, 2).

2. Сб.:

Рів1 № 15.4; 15.6; 15.8; 15.12.

Рів2 № 15.21; 15.22; 15.23; 15.26.

Рів3 № 15.31, 15.36; 15.37.

3. Д: подготовиться к самостоятельной работе № 12.

ЗАДАНИЯ ИЗ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ № 12 «КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА СВЕТА. ЗАКОНЫ ФОТОЭФФЕКТА»

Задание 1 (1,5 балла)

Ученик наблюдает явление дифракции света, рассматривая лампочку сквозь капроновую ткань.

А Лампочка излучает свет отдельными квантами.

Бы Корпускулярная теория объясняет дифракцию света.

В Корпускулярные свойства света проявляются только во время его распространения.

Г Волновые свойства света наблюдаются только во время фотоэффекта.

Задание 2 (2,5 балла)

После освещения катода вакуумного фотоэлемента светом из катода вылетают фотоелектрони. Интенсивность светового потока увеличили в 2 раза.

А Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов увеличилась.

Б Максимальная скорость фотоэлектронов увеличилась.

В Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от частоты падающего света.

Г В фотоэлементе световая энергия превращается в энергию электрического тока.

Задание 3 (3 балла)

Задача 3 имеет целью установить соответствие (логическая пара). К каждой строке, обозначенного буквой, подберите утверждение, обозначенное цифрой.

А Фотоэффект.

Бы Первый закон фотоэффекта.

В Второй закон фотоэффекта.

Г Третий закон фотоэффекта.

1 Максимальная кинетическая энергия вырванных электронов линейно возрастает при увеличении частоты падающего света.

2 Явление фотоэффекта практически безінерційне; интенсивность фотоэффекта зависит от рода металла и спектрального состава излучения.

3 Для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект невозможен.

4 Вырывание электронов из вещества под действием света.

5 Количество электронов, вырывающихся светом ежесекундно с поверхности металла, пропорциональна поглощенной энергии света.

Задание 4 (5 баллов)

Работа выхода электронов из некоторого металла равна 7,55 · 10-19 Дж. Определите длину волны красной границы фотоэффекта для этого металла. Что это за металл?