Презентация - Фотоэффект

Слайд 1

Квантовая физика
Фотоэффект
Теория фотоэффекта

Слайд 2

2. Кто является основоположником квантовой физики?
Макс Планк. Великий немецкий физик – теоретик, основатель квантовой теории
Повторение
1. Какие из физических явлений не смогла объяснить классическая физика?
строение атома, происхождение линейчатых спектров, тепловое излучение
– современной теории движения, взаимодействия и взаимных превращений микроскопических частиц.

Слайд 3

3. Как атомы испускают энергию согласно гипотезе Планка?
Повторение
отдельными порциями - квантами
4. Чему равна эта энергия?
E = hv
5. Чему равна постоянная Планка?
h = 6,63 ∙ 10 -34 Дж∙с

Слайд 4

№ 1. Цинковую пластину, соединенную с электроскопом, заряжают отрицательно и облучают ультрафиолетовым светом. Она быстро разряжается.
Эксперимент
Свет вырывает электроны с поверхности пластины
№ 2. Если же её зарядить положительно, то заряд пластины не изменится.
Вывод

Слайд 5

Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света
Это явление было открыто немецким учёным Генрихом Герцем в 1887 году.

Слайд 6

№ 3. Стеклянным экраном перекрывают источник ультрафиолетового излучения. Отрицательно заряженная пластина уже не теряет электроны, какова бы ни была интенсивность излучения.
Эксперимент
Этот факт нельзя объяснить на основе волновой теории света.
Почему световые волны малой частоты не могут вырывать электроны, если даже амплитуда волны велика и, следовательно, велика сила, действующая на электрон?
Количественные закономерности фотоэффекта были установлены русским физиком А. Г. Столетовым

Слайд 7

Схема экспериментальной установки

Слайд 8

Законы фотоэффекта
Пока ничего удивительного нет: чем больше энергия светового пучка, тем эффективнее его действие
Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1 секунду, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны.
1 закон

Слайд 9

По модулю задерживающего напряжения можно судить
о скорости фотоэлектронов и об их кинетической энергии
Ток насыщения определяется количеством электронов, испущенных за 1 секунду освещенным электродом.
Максимальное значение силы тока называется током насыщения.

Слайд 10

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
При  <  min ни при какой интенсивности волны падающего на фотокатод света фотоэффект не происходит.
Законы фотоэффекта
2 закон
3 закон
Почему энергия фотоэлектронов определяется только частотой света и почему лишь при малой длине волны свет вырывает электроны?

Слайд 11

Теория фотоэффекта
А. Эйнштейн 1905 год

Поглотив квант света, электрон получает от него энергию и, совершая работу выхода, покидает вещество.
2
2
mυ
A
h
+
=
n
Свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями - квантами
Фотоэффект практически безинерционен, так как с момента облучения металла светом до вылета электронов проходит время 10    с.
- 9  

Слайд 12

Красная граница фотоэффекта
Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. существует наименьшая частота min, при которой еще возможен фотоэффект.
Минимальная частота света соответствует Wк = 0

Слайд 13

Как следует из уравнения Эйнштейна, тангенс угла наклона прямой, выражающей зависимость запирающего потенциала Uз от частоты ν, равен отношению постоянной Планка h к заряду электрона e:
Экспериментальное определение постоянной Планка
Это позволяет экспериментально определить значение постоянной Планка. Такие измерения были выполнены Р. Милликеном в 1914 г. и дали хорошее согласие со значением, найденным Планком.

Слайд 14

Часть А – базовый уровень
1. В каком случае электроскоп, заряженный отрицательным зарядом, быстрее разрядится при освещении: 1. рентгеновским излучением; 2. ультрафиолетовым излучением? 1. 1. 2. 2. 3. Одновременно. 4. Электроскоп не разрядится в обоих случаях.
Решение задач

Слайд 15

1. Увеличится. 3. Уменьшится. 2. Не изменится. 4. Ответ неоднозначен.
2. Как изменится скорость электронов при фотоэффекте, если увеличить частоту облучающего света, не изменяя общую мощность излучения?
Часть А – базовый уровень

Слайд 16

3. На рисунке приведены графики зависимости максимальной энергии фотоэлектронов от энергии падающих на фотокатод фотонов. В каком случае материал катода фотоэлемента имеет меньшую работу выхода? 1. I. 2. II. 3. Одинаковую. 4. Ответ неоднозначен.
Часть А – базовый уровень

Слайд 17

4. При освещении катода вакуумного фотоэлемента потоком монохроматического света происходит освобождение фотоэлектронов. Как изменится максимальная энергия фотоэлектронов при уменьшении частоты в 2 раза?
1. Не изменится. 2. Уменьшится в 2 раза. 3. Уменьшится более чем в 2 раза. 4. Уменьшится менее чем в 2 раза.
Часть А – базовый уровень

Слайд 18

1. 25 2. 40 3. 2500 4. 4000
5. Длина волны рентгеновского излучения равна 10 м. Во сколько раз энергия одного фотона этого излучения превосходит энергию фотона видимого света c длиной волны 4⋅10 м?
-10
-7
Часть А – базовый уровень

Слайд 19

Часть А – базовый уровень
6. Для опытов по фотоэффекту взяли пластину из металла с работой выхода 3,4⋅10 Дж и стали освещать ее светом частоты 6⋅10 Гц. Затем частоту уменьшили в 2 раза, одновременно увеличив в 1,5 раза число фотонов, падающих на пластину за 1 с. В результате этого число фотоэлектронов, покидающих пластину за 1 с,
1. увеличилось в 1,5 раза 2. стало равным нулю
3. уменьшилось в 2 раза 4. уменьшилось более чем в 2 раза
-19
14

Слайд 20

Часть А – повышенный уровень
1. Один из способов измерения постоянной Планка основан на определении максимальной кинетической энергии электронов при фотоэффекте с помощью измерения напряжения, задерживающего их. В таблице представлены результаты одного из первых таких опытов.
Задерживающее напряжение U, в 0, 4 0,9
Частота света, v • 10 , Гц 5, 5 6, 9
14
Постоянная Планка по результатам этого эксперимента равна
1. 6, 6 • 10 Дж • с 2. 5, 7 • 10 Дж • с
-34
3. 6, 3 • 10 Дж • с 4. 6, 0 • 10 Дж • с
-34
-34
-34

Слайд 21

Решение задачи № 1
вычитаем
hν1 = А +

hν2 = А +
= еUз
h (v2 – v1) = е (Uз2 – Uз1)
h =
h = 5,7 · 10 -34 Дж·с

Ответ

Слайд 22

2. Фотоэффект наблюдают, освещая поверхность металла светом фиксированной частоты. При этом задерживающая разность потенциалов равна U. После изменения частоты света задерживающая разность потенциалов увеличилась на ΔU = 1,2 В. Насколько изменилась частота падающего света?
1. 1,8 · 10 Гц 2. 2,9 · 10 Гц
Часть А – повышенный уровень
3. 6,1 · 10 Гц 4. 1,9 · 10 Гц
14
15
14
14

Слайд 23

Решение задачи № 2
вычитаем
hν1 = А +

hν2 = А +

= еUз
h (v2 – v1) = е (Uз2 – Uз1)
14
v2 – v1 =
v2 – v1 = 2, 9 • 10 Гц
Обратите ВНИМАНИЕ – стандартные и очень схожие задачи. Встречаются во многих вариантах ЕГЭ.

Ответ

Слайд 24

3. Красная граница фотоэффекта исследуемого металла соответствует длине волны кр = 600 нм. При освещении этого металла светом длиной волны  максимальная кинетическая энергия выбитых из него фотоэлектронов в 3 раза меньше энергии падающего света.
1. 133 нм 2. 300 нм
3. 400 нм 4. 1200 нм
Часть А – повышенный уровень
Какова длина волны  падающего света?

Слайд 25

Решение задачи № 3

400 нм
Ответ

Слайд 26

Часть С
1. Фотон с длиной волны, соответствующей красной границе фотоэффекта, выбивает электрон из металлической пластинки (катода) сосуда, из которого откачан воздух. Электрон разгоняется однородным электрическим полем напряженностью Е = 5·10  В/м. Какой путь пролетел в этом электрическом поле электрон, если он приобрел скорость 3·10  м/с. Релятивистские эффекты не учитывать.
4
6

Слайд 27

Решение задачи № 1
S ≈ 5 · 10  м
– 4

Ответ

Слайд 28

2. Какова максимальная скорость электронов, выбиваемых из металлической пластины светом с длиной волны λ = 3⋅10 м, если красная граница фотоэффекта λкр = 540 нм?
Часть С
–7

Слайд 29

Решение задачи № 2
Ответ

Слайд 30

3. Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода кр = 290 нм. При облучении катода светом с длиной волны  фототок прекращается при напряжении между анодом и катодом U = 1,5 В. Определите длину волны .
Часть С

Слайд 31

Решение задачи № 3
Ответ
215 нм