Разработка урока по физике для средней общеобразовательной школы

ТЕМА: ВОЗНИКНОВЕНИЕ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ И ЕГО ЗАКОНЫ.

Задачи урока: сформировать у учащихся представле­ния о фотоэффекте и изучить его законы; ознакомить с научной деятельностью А. Г. Столетова; развивать поз­навательную активность школьников с помощью про­блемных вопросов, исторического материала.

Структура урока

Этапы:

I.    Введение

II.   Изучение нового материала: явление фотоэффекта, законы фотоэффекта,                опыты А. Г. Столетова

III.   Решение задач

IV.    Краткое обобщение. Домашнее задание

Время, мин:

I.            5

II.           20-25

III.         10 2-3

Методы и приемы:

I.                Рассказ учителя.

II.               Демонстрация опыта. Беседа с учащимися. Работа с учебником. Рассказ учителя.

III.             Записи в тетрадях, беседа.

IV.            Подведение итогов урока учителем, пояснение домаш­него задания.

 

 

 I.                 Во второй половине XIX—начале XX в. учеными бы­ли открыты атомы, ядра атомов, электроны и некото­рые другие микрочастицы. Эти физические объекты имеют размеры 10~¹⁰—10~¹⁵ м и меньше. Мир малых частиц называют микромиром. Проникнув в микромир, люди узнали много нового. Известные тогда законы механики и электродинамики не объясняли некоторые открытые явления микромира. Так, опираясь на эти законы, нельзя объяснить, почему атом, состоящий из ядра и электронов, устойчив, почему атомы излучают свет определенных частот. Накопился ряд опытных фак­тов, которые не смогла объяснить физическая теория того времени.

   II.             Как объяснить новые экспериментальные фак­ты? Каким новым законам подчинено движение мик­рочастицы? В спорах ученых и борьбе научных мнений
возникли и получили развитие новые физические идеи: о дискретных уровнях энергии атомов, о волновом характере движения микрочастиц, о квантовой природе света. Они легли в основу новой области физики — квантовой. Квантовая физика — это раздел современной физики, в котором изучаются свойства, строение ато­мов и молекул, движение и взаимодействие микрочастиц.

В возникновении квантовой физики важнейшую роль сыграло изучение взаимодействия электромагнитных волн с веществом. В 1886 г. немецкий физик Г.Герц открыл явление электризации металлических поверх­ностей при их освещении. Позднее ученые выяснили, что под действием света часть электронов, входящих в состав тела, покидает его. Явление выхода (вырыва­ния) электронов из вещества под действием света по­лучило название фотоэлектрического эффекта (или про­сто фотоэффекта).

Далее учитель переходит к демонстрации опыта. Демонстрация (внешнего) фотоэффекта происходит с использованием виртуальной модели «ФОТОЭФФЕКТ».

Главная задача опыта — выделить и изучить явле­ние фотоэффекта. С учащимися ведется беседа по воп­росам, с помощью которых выясняется физическая сущ­ность — микро-механизм — нового явления.

Вопросы для обсуждения: когда начинает разряжать­ся электрометр? Что является причиной разрядки элек­трометра? Почему можно сделать вывод о вылете элек­тронов с цинковой пластинки? Будет ли наблюдаться разрядка электрометра (явление фотоэффекта), если электрометр зарядить положительно? Изменится ли вре­мя разрядки электрометра, если пластинку расположить под углом к потоку света? Если увеличить расстояние между электрометром и источником света? (Послед­ний вопрос подводит учащихся к первому закону фо­тоэффекта.)

Школьники узнают, что фотоэффект наблюдается лишь при облучении пластинки световыми волнами оп­ределенной длины. Для этого учитель или ученик про­водит на той же установке второй опыт, используя дру­гой источник света — мощную электрическую лампу накаливания.

Вопросы для организации беседы по опыту:

  — Будет ли энергия, сообщаемая светом электро­нам в пластинке, зависеть от освещенности с точки зрения волновой теории?  ( Будет, так как, чем больше освещенность, тем большая энергия передается пластинке светом, а значит, и большая энергия должна приходиться на отдельный электрон. По волновой теории поток энергии непрерывен.)  Проводится опыт с лампой накаливания: фотоэффект не наблюда­ется.

  — Проверим, может быть, в опыте со специальным источником освещенность была больше, а в опыте с, лампой накаливания она недостаточна?  (При повторении демонстрации приближаем лампу вплотную к пластинке — фотоэффекта нет.)                                             

— Почему же в этом случае фотоэффекта нет? Проводится опыт: на пути потока света от специального источника ставится стекло. Разрядка электро­метра прекращается. В беседе выясняется, что стекло  поглощает световые волны больших частот. Школьники подводятся к выводу о зависимости явления фотоэффекта от частоты электромагнитных волн. (В данном случае фотоэффект вызван ультра-фиолетовым излучением, с которым учащиеся зна­комы.) Общий вывод состоит в том, что волновая теория света неспособна объяснить, почему фото­эффект в данном случае вызывается одними и не вызывается другими световыми волнами.

После такого заключения переходим к более подроб­ному изучению законов фотоэффекта. Для этого можно организовать работу с учебником, сообщить план изуче­ния текста, сделать записи в тетрадях, в беседе обсудить работу установки, описанной в учебнике (рис. 2), и объяснить приведенные там графики.

План работы на этой части урока таков:

1)              Сооб­щение об А.Г.Столетове.

2)              Изучение устройства и работы установки Столетова (C использованием виртуальной модели).

3)              Формулировка пер­вого закона фотоэффекта.

4)              Анализ графиков, при­веденных на рисунках 3 и 4, и формулировка второ­го закона фотоэффекта.

5)              Анализ графика (рис. 5), понятие о красной границе фотоэффекта. Анализ гра­фика (рис. 6) и вывод о невозможности объяснения второго закона фотоэффекта с точки зрения волно­вой теории.

С точки зрения волновых представлений о свете вто­рой закон Столетова необъясним: непонятно, почему значение освещенности не влияет на скорость вылета­ющих электронов. Возникло затруднение: с одной сто­роны, второй закон фотоэффекта получен на опыте, с другой стороны, волновая теория света, применимая к множеству явлений, не может объяснить этот закон. Разрешение противоречия между теорией и опытом привело к углублению взглядов на природу света и раз­витию физического знания.

III.   Закрепление и углубление изученного на уроке ма­териала осуществляется как в процессе беседы с учащимися, так и при выполнении заданий после работы с учебником. Можно предложить задания по графи­кам, повторить ключевые понятия урока:  

1.                             Для одного вещества или разных веществ приве­дены графики (см. рис. 4)?

2.              Дополните график (см. рис. 4) для случаев: а) свет большей частоты, но освещенность та же; б) свет боль­шей частоты и освещенность больше.

3.              Чем больше освещенность, тем большая энергия передается электронам вещества. Чем больше энергии передается электронам, тем больше должна быть их кинетическая энергия. Какое из этих утверждений про­тиворечит законам фотоэффекта?

4.          На рисунке  даны графики зависимости энергии вышедших электронов от частоты падающего света. Какой из графиrв соответствует опыту с разными освещенyостями пластинки?

5.             Какой из световых потоков обладает большей ча­стотой (рис. 8)?

IV.             Домашнее задание. На дом, кроме соответствую­щих параграфов учебника, полезно дать задание по хре­стоматии (с. 167—170). А также задачу: Р. № 1101.

 

Литература:

1)   Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: Учебник для 11 класса средней школы. – М.: Просвещение, 1995.

2)   Рымкевич А.П. Сборник задач по физике для 9 – 11 классов средней школы. – М.: Просвещение, 1996.

3)  Хрестоматия по физике: Учебное пособие для учащихся 8 – 10 классов средней школы / Под ред. Б.И. Спасского. – М.: Просвещение, 1987.