Опублікував/ла:

Зубкова Наталя Григорівна

Посилання Написати Додати в обране Поскаржитися

Урок:

Фотоефект. Закони фотоефекту

14.03.2025

1 0

Фізика

11 Клас

1381

Завантажити урок 12

Є в колекціях

Фізика 11 клас Розділ5 "Атомна фізика і ядерна фізика"

Фізика 11 клас

провести урок серед своїх учнів на основі цього уроку

призначити в журнал Створити урок на базі цього або додати запитання до вже існуючого уроку

Опис уроку (учням цей опис не показується):

Урок вивчення нового матеріалу для учнів 11 класів рівня стандарт з теми "Квантова фізика" розглядує основні поняття: явище фотоефекту, відкриття і спостереження фотоефекту, установка О.Г. Столєтова , закони фотоефекту

Вміст уроку:

Опис, який учні побачать перед початком уроку

Сьогодні на уроці ми продовжуємо розглядувати складну природу світла, виявимо квантові властивості світла під час розгляду явища фотоефекту.

Урок не містить жодного завдання. Додайте завдання.

Щоб додати завдання, оберіть категорію завдання на панелі запитань.

Додати завдання

0.5 з 12 балів

Запишіть у зошит

1. Відкриття фотоефекту

Зовнішній фотоефект відкрив німецький фізик Г. Герц у 1887 р., а детально дослідив російський учений Олександр Григорович Столетов (1839-1896) у 1888-1890 рр.

Що таке фотоефект? Завдяки чому вже в 2016 р. сумарна потужність «земних» сонячних батарей склала понад 100 ГВт, що майже в 10 разів більше, ніж потужність усіх атомних електростанцій України.

3 з 12 балів

Запишіть у зошит

2.Явище фотоефекту

Фотоефект – це явище виривання електронів з речовини під дією світла

Розрізняють зовнішній фотоефект, за якого фотоелектрони вилітають за межі тіла, і внутрішній фотоефект, за якого електрони, «вирвані» світлом із молекул і атомів, залишаються всередині тіла.

на електрометріна електроскопі

можна спостерігати зовнішній фотоефект

Досліди Столетова

Для вивчення фотоефекту О. Г. Столетов використав пристрій, сучасне зображення якого схематично наведено на рисунку.

Всередині камери, з якої викачане повітря, розташовані два електроди (анод А і катод К). На електроди подається напруга від джерела струму, яка регулюється. Світловій пучок, який падає на катод, «вириває» з його поверхні електрони. Рухаючись від катода до анода, фотоелектрони створюють фотострум, сила якого сила якого вимірюється мікроамперметром.

Якщо побудувати графік залежності сили фотоструму від поданої напруги то можна побачити:

1) За певної напруги сила фотоструму досягає максимального значення і далі залишається незмінною. Це відбувається тоді, коли всі електрони, які випромінює катод, досягають анода.

Сила струму насичення – це найбільше значення сили фотоструму.

вимірюється $\left\lbrack I_{н}\right\rbrack=А$ , де

$\left\lbrack q_{\max}\right\rbrack=Кл$ – заряд, перенесений фотоелектронами;

$\left\lbrack N\right\rbrack=1$ – кількість «вибитих» електронів;

$\left\vert e\right\vert=1,6\cdot10^{-19}Кл$ – заряд електрона;

$\left\lbrack t\right\rbrack=с$ – час спостереження.

2) Зі зменшенням напруги між електродами сила фотоструму зменшується. При відсутності напруги між електродами фотострум не зникає. Це можна пояснити наявністю у фотоелектронів певної кінетичної енергії.

вимірюється $\left\lbrack E_{k}\right\rbrack=Дж=В\cdotА\cdotс=Н\cdotм$ , де

$m_{e}=9,1\cdot10^{-31}кг$ - маса електрона

$\left\lbrack v\right\rbrack=\frac{м}{с}$ - швидкість електрона

3) Якщо катод з’єднати з позитивним полюсом джерела струму, а анод – із негативним, то електричне поле буде гальмувати електрони, і при досягненні певної затримуючої (запірної) напруги $U_{з}$ навіть найшвидші електрони не дістануться анода, а отже, фотострум припиниться. Згідно з теоремою про кінетичну енергію робота електростатичного поля дорівнює зміні кінетичної енергії фотоелектрона

$A_{ел}=\differencedelta E_{k\max}$

$A_{ел}=eU_{з}$

2.5 з 12 балів

Запишіть у зошит

Змінюючи по черзі інтенсивність і частоту падаючого світла, а також матеріал, з якого виготовлений катод, О. Г. Столетов установив три закони зовнішнього фотоефекту.

Закони зовнішнього фотоефекту:

Кількість фотоелектронів, яку випромінює катод за одиницю часу, прямо пропорційна інтенсивності світла.Графік залежності сили фотоструму I від напруги U на електродах за незмінної частоти падаючої світлової хвилі і різних значень світлового потоку Φ
Зі збільшенням світлового потоку ( $\Phi_2>\Phi_1$ ) кількість електронів, що їх «вибиває» світло з поверхні катода, збільшується, тому збільшується струм насичення
Максимальна початкова швидкість фотоелектронів збільшується зі збільшенням частоти падаючого світла і не залежить від інтенсивності світла.
Графік залежності сили фотоструму I від напруги U на електродах за незмінного світлового потоку і різних значень частоти випромінювання, що падає на фотокатод
Зі збільшенням частоти світлової хвилі $(ν_2>ν_1 )$ затримуюча напруга $U_з$ (а отже, й максимальна початкова швидкість фотоелектронів) збільшується $(U_{з2}>U_{з1})$
Для кожної речовини існує максимальна довжина світлової хвилі $\nu_{ч}$ (червона межа фотоефекту), за якої починається фотоефект. Опромінення речовини світловими хвилями більшої довжини фотоефекту не викликає.
Червона межа визначається лише матеріалом катоду і не залежить від освітленості $\nu_{ч}=\nu_{\min}=\frac{A_{вих}}{h}$
$\lambda_{ч}=\lambda_{\max}=\frac{hc}{A_{вих}}$

Фотоефект отримав широке застосування у пристроях для перетворення світлових сигналів на електричні або для безпосереднього перетворення світлової енергії на електричну. Існують два великі класи таких пристроїв:

Вакуумні фотоелементи

Дія вакуумних фотоелементів ґрунтується на зовнішньому фотоефекті.

Вакуумні фотоелементи здебільшого застосовують у різноманітних фотореле (для автоматичного вмикання і вимикання освітлення, сортування деталей за формою і кольором, у системах безпеки тощо) і вимірювальних приладах (для вимірювання освітленості, вимірювання потужності імпульсних оптичних сигналів).

Напівпровідникові фотоелементи

Дія напівпровідникових фотоелементів заснована на внутрішньому фотоефекті.

Напівпровідникові фотоелементи застосовують у чутливих фотоприймачах, які перетворюють слабкі світлові сигнали на електричні; у сонячних батареях, в яких сонячна енергія перетворюється на електричну.

Фотоприймачі застосовують у цифрових фотоапаратах – їхня матриця складається з великої кількості напівпровідникових фотоелементів, кожен з яких приймає «свою» частину світлового потоку, перетворює її на електричний сигнал і передає його у відповідне місце екрана.

Застосування фотоефекту в енергетиці пов’язане насамперед із сонячними батареями.