Обобщающий урок физики в 11 классе

Обобщающий урок физики в 11 классе. Учитель Попова Т.П.
Тема урока: Фотоэффект. Квантовые свойства света.
Цели урока: Обобщение знаний по теме. Проверка их усвоения.
Включить каждого ученика, используя разные виды деятельности, в
творческую работу. Дать возможность реализации и развития творческого потенциала,
осознанного понимания темы.
Дать возможность пережить успех коллективного труда и радость оттого, что
ты был чем – то полезен.
Оборудование: Кодоскоп. Таблички на столах (Научный консультант. Аспиранты.
Теоретики. Экспериментаторы. Исследователи. Инженеры – практики. Рационализаторы.
Пресс – центр). Лабораторное оборудование для каждой группы. Электрифицированный
опросник. Таблица «Опыт Столетова». Изготовленное учащимися приложение к журналу
«Квант», Который содержит 4 раздела. В 1 помещен исторический материал с портретами
ученых М. Планка, А. Столетова, А. Эйнштейна, П. Лебедев, их биографии и вклад в
развитие квантовой теории. Во 2 подробно изложен материал темы в виде обобщающих
таблиц и схем. Приведены вопросы для самопроверки, они же лежат на каждом столе.
В 3 «задачник кванта», где решены 4 задачи по теме с полным разбором. 4 раздел с
названием «Лаборатория кванта – вести из школы» чист, и будет заполняться по ходу
урока группой «Пресс - центр».
Каждый ученик получает зачётку, где на титульном листе указаны: название темы
зачета, фамилия и имя ученика. Разворот имеет следующий вид:
Теория: оценка учителя физики
Оценка
Оценка по взаимоконтролю.
Компьютерное тестирование по теме.
Решение задач: оценка за решение на компьютере
Оценка учителя информатики за
составление программы.
Итоговая оценка: Если «5» - 4,3 – общая оценка «5».
Если «5» - 2 - общая оценка «4».
Если все « 4» или «3» - общая оценка «4» или «3».
На всех столах с табличками находятся лабораторное оборудование и список вопросов
или задач, которые необходимо решить.
Экспериментаторы: Эбонитовая и стеклянные палочки, электроскоп, цинковая
пластина, угольные стержни для дуги, прибор «Фотон», прибор для изучения
фотоэффекта, миллиамперметр, свеча.
Задача: Продемонстрировать явление фотоэффекта. Показать 1 – й., 2 – й., 3 – й., 4 – й.,
законы фотоэффекта.
Исследователи: Вакуумный фотоэлемент, регулятор напряжения ВУП – 2, вольтметр,
миллиамперметр, прозрачная пленка, маркер.
Цель: исследовать зависимость силы тока от освещенности. Для этого 1. Построить вольт
– амперную характеристику фотоэлемента. 2.Определить по ней ток насыщения.
3.Определить пути повышения тока насыщения. 4. Построить графики и
прокомментировать их.
Инженеры – практики: Различные фотоэлементы, фотосопротивления, фотореле,
солнечная батарея, источники тока, зеркальный гальванометр, лампочка на 3,5 В.
Цель: С помощью приборов показать применение фотоэффекта. Продемонстрировать все
виды фотоэффекта. Указать область их применения.
Рационализаторы: Самостоятельно изготовили модели автоматических устройств:
Фотофиниш, автоматическое включение и выключение освещения на улицах города.
Научный консультант: Первый помощник учителя. Имеет право оказать помощь любой
группе, вносить коррективы и дополнения в работу групп.
На доске написаны слова: «Знание – самое превосходное из владений.
Все стремятся к нему, само оно не приходит».
Абу Райхан Бируни.
1. Актуализация знаний:
Учитель: «Два мира есть у человека:
Один, который нас творил,
Другой, который мы от века
Творим по мере наших сил».
Н. Заболоцкий.
Цель сегодняшнего урока - зачета ясна. Проверить наши с вами творческие силы и не
только по теме квантовые свойства света.
Мы знаем с детских лет, что Знания – сила! Ученье – свет! Объединим их и проверим,
каковы же наши силы в квантовой теории света. Обращаю ваше внимание на слова
Бируни.
Слово предоставляется аспирантам.
К доске приглашается один из аспирантов для работы с электрифицированным
опросником, где даны 12 вопросов, и12 ответов, расположенных беспорядочно. Цель
аспиранта: найти правильный ответ, при этом загорается лампочка, освещая надпись
«Умница».
Учитель: - Что такое фотоэффект?
Аспирант: - Вырывание электронов из вещества под действием света.
Учитель: - Кто может дополнить или конкретизировать по этому вопросу?
Экспериментатор: - Мы можем продемонстрировать явление фотоэффекта с
помощью цинковой пластинки и электроскопа. Более того мы можем экспериментально
доказать, что электроны из цинка вырываются ультрафиолетовым излучением. По ходу
выступления демонстрируются опыты, подтверждающие эти тезисы.
Аспирант: - Количество вырванных электронов с поверхности вещества за 1 секунду
прямопропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны. Т.е. зависит
от интенсивности светового потока.
Учитель: - Кем и каким образом был подтвержден этот закон?
Теоретики кратко излагают суть опытов Столетова.
Учитель: - Так, почему же В\А характеристика, является доказательством закона
фотоэффекта. (Через кодоскоп проецируется В\А характеристика.)
Теоретики: - Количество электричества пройденное, через поперечное сечение
проводника за 1 времени – сила тока. В данном случаи сила фототока.
Учитель: - Как можно доказать, что величина фототока зависит от интенсивности
светового потока.
Экспериментаторы: - Только экспериментально. Осветим цинковую пластинку
прибором «Фотон», а за тем светом электрической дуги. Видно, что во 2 случаи пластинка
разряжается быстрее. Можно и количественно определить эту зависимость. Для этого
воспользуемся прибором для изучения фотоэффекта и построим В\А характеристику
прибора, для различных значений интенсивности света на прозрачной пленки.
Учитель: - Что такое ток насыщения?
Аспирант: - Значение силы тока, при котором все вырванные светом электроны
достигают анода.
Учитель: - Можно ли экспериментально определить ток насыщения? От чего он
зависит?
Экспериментаторы демонстрируют через кодоскоп результаты эксперимента, при
различных значениях интенсивности. Делают вывод: - Значение тока насыщения тем
больше, чем больше освещенность фотоэлемента.
Аспирант: - Скорость вырванных электронов пропорциональна частоте падающего
света и не зависит от его интенсивности.
Учитель: - Что же изменил в опыте Столетов, что бы подтвердить этот закон?
Теоретики: - Он поменял полярность электродов. Свет в этом случаи падал на анод.
Учитель: - Возможен ли фотоэффект в данном случаи?
Экспериментаторы: - Можно проверить. Зарядим цинковую пластину положительно
и осветим ульрофиолетом. В начальный момент стрелка электроскопа покажет
увеличение заряда, но затем останется в прежнем положении.
Учитель: - Почему?
Теоретики: - Вырванные светом электроны возвращаются обратно на пластину под
действием кулоновских сил. Столетов, поменяв полярность электродов и изменяя
разность потенциалов, мог управлять движением электронов. Их можно было
останавливать и поворачивать обратно. Электрическое поле совершало при этом работу.
А = Uз•e, которая равна кинетической энергии электрона. Uз•e = mv2/2.
Учитель: - И всё - таки не четкого понятия от чего же зависит скорость электронов?
Теоретики: - Потому что нет пока самой теории фотоэффекта. Нет и объяснения.
Пресс – центр: - Этот удивительный научный факт, когда опыты Столетова, опередили
теорию фотоэффекта Эйнштейна на 30 лет.
Теоретики: - Из уравнения Эйнштейна hY= Авых + mv2/2, hY= Авых +
Uз•е видна зависимость между частотой излучения и скоростью электронов: чем больше
частота, тем больше скорость. Чем больше скорость вылетевших электронов, тем больше
задерживающее напряжение электрического поля.
Аспирант: - Задерживающее напряжение Uз – это разность потенциалов, создающих
электрическое поле, способное остановить и возвратить все вырванные светом электроны
на анод.
Учитель: - Вернемся к уравнению Эйнштейна. Что такое hY.
Ассистент: - Энергия фотона.
Учитель: - Что такое фотон?
Ассистент: - Фотон – световая частица, несущая энергию hY, сохраняющая свою
индивидуальность при излучении, распространении и поглощении.
Учитель: - Тогда, что же такое квант? Ведь теория Эйнштейна называется квантовая
теория света?
Пресс – центр: - Фотон – это световая частица. А порция энергии, которую она несет,
называется – квант. Именно поэтому так назван научно – популярный журнал «Квант»,
приложение к которому мы здесь и представляем. Мы уже говорили, что ученье – свет! А
свет это поток частиц несущих энергию. Знание – сила! Именно порция знаний даёт нам
уверенность в себе и силу! Вот почему «Квант» - это энергия фотона – энергия световой
частицы.
Учитель: - Интересная философия, но в ней действительно есть смысл. Но на что же
тратит эту энергию электрон, получивший её от световой частицы
Аспирант: - Из уравнения Эйнштейна hY= Авых + mv2/2. Энергия фотона
тратится на работу выхода, против кулоновских сил взаимодействия и на сообщение
электрону скорости, т. е. Ек.
Теоретики: - Следует заметить, что Авых для каждого вещества своя и не зависит от
частоты излучения.
Учитель: - И не любое излучение вызывает фотоэффект. Вот почему цинковую
пластинку мы освещаем УФ излучением, а не простым светом.
Аспирант: - Существует такая минимальная частота Ymin =Yкр. гр. (для каждого
вещества своя) ниже которой фотоэффект не наблюдается, она называется красная
граница фотоэффекта.
Теоретики: - Энергии фотона hYmin хватает только на работу выхода, при этом
фотоэффект происходит, но электроны остаются в веществе.
Учитель: - Но в решении задач чаще используется не частота, а длина волны Y= С/
h С/ = Авых + mv2/2
Аспирант: - Фотоэффект практически без инерциален т. к. между вспышкой света и
вылетом электронов t = 0,000000001 с.
Экспериментаторы: - Мы уже неоднократно это подтверждали, демонстрируя, что
вспышка дуги вызывает мгновенную разрядку электроскопа.
Учитель: - Мы с вами изучили два больших раздела: волновые свойства света, в котом
утверждали, что свет - это волна. Сегодня подводя итоги по разделу « Квантовые свойства
света», говорим свет – это частица. Теперь мы знаем, какой смысл имеет закон философии
«единство и борьба противоположностей». Именно корпускулярно – волновой дуализм
является ещё одним его подтверждением.
Аспирант: - При распространении света проявляются волновые свойства (отражение
преломление, интерференция, дифракция, поляризация), а при взаимодействии с
веществом проявляются корпускулярные свойства (фотоэффект, эффект Комптона,
излучение абсолютно черного тела, давление света).
Теоретики: - Чем больше частота света, тем ярче проявляются квантовые свойства, и
меньше выражены волновые свойства.
Учитель: - Где же применяется фотоэффект?
Инженеры – практики демонстрируют разные устройства, принцип действия которых
основан на явлении фотоэффекта. «Фотосторож» -внешний фотоэффект, принцип
действия фотосопротивления – внутренний фотоэффект, солнечная батарея – вентильный
фотоэффект. Указывают их применение в технике.
Рационализаторы: - демонстрируют самостоятельно изготовленные модели
автоматического включения освещения, фотофиниш.
2.Проверка знаний: Проводится в два этапа. На первом этапе учащиеся выполняют
тестовую работу с использованием компьютера. На втором - составляют компьютерную
программу для решения задач и с помощью этой программы решают задачи по
индивидуальным карточкам. За тестирование, составление программы, решение задач
учитель информатики выставляет оценки в зачетку, где уже стоят оценки за теоретические
вопросы. Примеры тестов и карточек приводятся ниже. Полностью тестовые задания
можно взять в книге Г.Д. Луппов «Физика в опорных конспектах» М. «Просвещение».
1993г.
ЗАДАНИЯ к ОК- 2.
Вариант 1
1.Как изменится интенсивность испускания электронов цинковой пластиной при
облучении ее ультрафиолетовым излучением?
А – уменьшится; Б – увеличится; В – не изменится.
2.Как изменится кинетическая энергия электронов при фотоэффекте, если, не изменяя
частоту излучения, увеличить световой поток в 2 раза?
А – уменьшится в 2 раза; Б – увеличится в 2 раза; В - не изменится.
3. Как изменится фототок насыщения при увеличении частоты облучающего света и
неизменном световом потоке?
А - увеличится; Б – не изменится; В - уменьшится.
4.На рисунке 1 приведены графики зависимости запирающего напряжения от частоты
света для двух разных материалов катода. Какой из материалов имеет большую работу
выхода?
А – материал 2; Б – материал – 1; В – работы выхода у них одинакова.
5. Частота облучающего света увеличилась в 2 раза. Как изменилось запирающее
напряжение фотоэлемента?
А - уменьшится в 2 раза; Б – увеличится в 4 раза; В - не изменится.
6.По какой из приведенных формул можно определить красную границу фотоэффекта?
1. Uз•e = mv2/2; 2. h С/ кр = Авых. 3. hY= Авых + mv2/2.
А – 1; Б – 2; В – 3;
рис. 1.
ПРИМЕР КАРТОЧКИ С ИНДИВИДУАЛЬНЫМ ЗАДАНИЕМ,
Вариант 20.
1.Сколько фотонов за 1 сек. испускает нить электрической лампы полезной мощностью 1
Вт., если средняя длина волны излучения 1мкм.?
2. Красная граница фотоэффекта для вольфрама равна 0,275 мкм. Найдите: а) работу
выхода электрона из вольфрама; б) наибольшую скорость электронов вырываемых из
вольфрама светом с длинной волны 0,180 мкм. в) наибольшую энергию этих электронов.
3. Светофор даёт 3 сигнала – красный, зелёный, желтый, а лампа в фонаре светофора
белая. Объясните, как получаются разноцветные сигналы светофора.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ВЗАИМОКОНТРОЛЯ.
1. В чем состояли трудности объяснения с точки зрения электродинамики теплового
равновесного излучения, и как они были преодолены?
2. Сформулируйте сущность гипотезы Планка.
3. В чем состоит фотоэлектрический эффект?
4. Сформулируйте законы внешнего фотоэффекта.
5. В чем сущность гипотезы Эйнштейна в теории фотоэффекта?
6.На что расходуется энергия фотона при фотоэффекте?
7. Поясните, что такое фотон.
8. Какова энергия фотона?
9. По какой формуле можно определить массу фотона?
10. По какой формуле можно определить импульс фотона?
11. Как меняется при переходе света из воздуха в воду масса и импульс его фотонов?
12. Что такое красная граница фотоэффекта?
13. Где применяется фотоэффект?
14. Какова роль открытия явлений интерференции и дифракции в формировании взгляда
на природу света?
15. К каким выводам пришли ученые относительно природы света после открытия
фотоэффекта?
16. Кто и как обнаружил и измерил давление света?
17. Как сточки зрения квантовой природы света объяснить его давление?
18. Какой процесс называют фотосинтезом, и при каких условиях он протекает?
19. Сформулируйте принципиальные основы фотографии.
20. Какое тело называют абсолютно черным?
21. Примеры использования внешнего и внутреннего фотоэффекта.
22. В чем состоит эффект Комптона?
23. Какие свойства света подтверждает эффект Комптона?
3. Итог урока: Научный консультант в течение всего урока заполняет открытую
сводную ведомость по зачеткам, что дает возможность учителю объективно оценить
знания каждого ученика индивидуально. Пока учитель выставляет итоговые оценки в
ведомость, слово предоставляется специальному корреспонденту школьного «Пресс центра». Спецкор является автором школьного приложения к журналу «Квант».
Втечении двух уроков он фотографировал, писал краткие заметки, брал интервью с места
событий и верстал последние страницы своего журнала: «Вести из школы». И
«Лаборатория «Кванта»». Проводя рефлексию, он не только подводить итог урока, но и
рекламирует научно – популярный журнал «Квант», поясняет значение его эмблемы и
физический смысл названия «Квант» - как порции - корпускулы знаний, подчеркивая тем
самым бесконечность познания. Кроме того, ребятам было приятно увидеть свои
фотографии в школьном журнале.