Презентация по физике "Теория фотоэффекта"

Квантовая физика
Фотоэффект

1. Зарождение квантовой физики
Квантовая физика Макса Планка
Противоречие электродинамики Максвелла и классической механики
Противоречие электродинамики Максвелла и опытным фактам излучения веществом коротких ЭМВ (начиная с инфракрасного):
Создание Эйнштейном СТО и ОТО
Из опытов по излучению
Из теории Максвелла
Теория Максвелла: главное условие излучения ЭМВ – ускоренное движение заряда. Нагретое тело должно непрерывно излучать (ионы кристаллической решетки колеблются) и охладиться до абсолютного нуля, чего не происходит на практике

Гипотеза Планка: атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями
Планк Макс (1858—1947) —
великий немецкий физик-теоретик, основатель квантовой теории – современной теории движения, взаимодействия и взаимных превращений микроскопических частиц. В 1900 г. в работе по исследованию теплового излучения предположил, что энергия осциллятора (системы, совершающей гармонические колебания) принимает дискретные значения, пропорциональные частоте колебаний, энергия излучается отдельными порциями. Большой вклад внес в развитие термодинамики.
Квант – отдельная порция электромагнитного излучения
энергия кванта
постоянная Планка

2. Наблюдение фотоэффекта
Фотоэффект - явление вырывания электронов из вещества под действием света
Опыт нельзя объяснить на основе волновой теории света: почему волны малой частоты не могут вырвать электроны даже при большой интенсивности освещения?
Видеоролик «Наблюдение фотоэффекта»
Вывод: с поверхности цинка электроны вырывает ультрафиолетовый свет, так как его частота больше, а значит и больше энергия каждого кванта
Впервые квантовые свойства материи были обнаружены при исследовании излучения и поглощения света

Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым.
Наиболее полное исследование явления фотоэффекта было выполнено Ф. Ленардом в 1900 г. К этому времени уже был открыт электрон (1897 г., Дж. Томсон).

3. Опыты Столетова
1. От чего зависит число вырванных светом электронов (фотоэлектронов)?
2. Чем определяется скорость (кинетическая энергия) этих фотоэлектронов?

3. Опыты Столетова
Принцип работы установки
1. Без освещения светом катода тока в цепи нет, т.к. нет носителей заряда.
2. При освещении светом катода возникает фототок даже при отсутствии разности потенциалов.
3. При некотором напряжении возникает фототок насыщения.
4. При увеличении интенсивности излучения фототок насыщения увеличивается.
Первый закон фотоэффекта: фототок насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку

Первый закон фотоэффекта: фототок насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку

3. Опыты Столетова
Изменим полярность батареи
1. При увеличении обратного напряжения сила тока уменьшается.
2. При некотором напряжении (задерживающем) сила тока становится равной нулю.
3. Вывод: электрическое поле тормозит вырванные светом электроны и возвращает их на электрод.
4. По теореме об изменении кинетической энергии
взаимосвязь кинетической энергии фотоэлектронов с задерживающим напряжением
5. При изменении интенсивности света задерживающее напряжение не изменяется.
6. Кинетическая энергия фотоэлектронов зависит только от частоты света.

Второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов прямо пропорциональна частоте света и не зависит от его интенсивности

3. Опыты Столетова
Третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует минимальная частота света (максимальная длина волны), ниже которой фотоэффект невозможен
Фотоэффект не происходит при определенной минимальной частоте для данного вещества.
Красная граница фотоэффекта – предельная частота νmin, ниже которой фотоэффект не наблюдается.

Почему?
Свет малой длины волны вырывает электроны?
Энергия вырванных (фотоэлектронов) зависит от частоты света?

4. Теория фотоэффекта
В 1905 году Эйнштейн объяснил фотоэффект на основе квантовой гипотезы Планка:
излученная порция световой энергии поглощается целиком.
Свет имеет прерывистую структуру.
Работа выхода – минимальная энергия, которую надо сообщить электрону, чтобы он покинул металл
Формула Эйнштейна для фотоэффекта
Физический смысл уравнения Эйнштейна для фотоэффекта:
энергия кванта света расходуется на работу по вырыванию электрона из металла и на сообщение ему кинетической энергии

4. Теория фотоэффекта
Видеоролик «Красная граница фотоэффекта»

4. Теория фотоэффекта
Работа выходов электронов

4. Теория фотоэффекта
Задерживающее напряжение

5. Решение задач
Задача 1.
Работа выхода для цинка 4,2 эВ.
Переведите в джоули.
Задача 2.
Определите красную границу фотоэффекта для цинка через частоту и длину волны падающего света.
Задача 3.
Используя данные таблицы «Работа выхода электронов» и опытов с цинковой пластиной, проанализируйте наблюдение фотоэффекта для разных металлов при освещении их светом разного цвета.
Видеоролик для повторения «Опыты Столетова»

Домашнее задание
Стр.269-270
§ 88-89;
подготовиться к семинарскому занятию.

Фотон
Порция света;
Световая частица;
Квант электромагнитного излучения;
ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЧАСТИЦА, обладающая порцией энергии.

Энергия фотона

Импульс фотона
Фотон лишён массы покоя.

Корпускулярно – волновой дуализм
При распространении света проявляются его волновые свойства(дифракция и интерференция)
При взаимодействии света с веществом (излучение и поглощение) проявляются корпускулярные сойства света.

Гипотеза де Бройля.
Электрон – это частица или волна?

Частицам присущ дуализм!

Мякишев Г.Я. Физика. 10 кл.

Диск «1С:Школа. Физика, 7-11 классы. Библиотека наглядных пособий. Интерактивные модели».

Электронные ресурсы Интернета.
Источники информации