Публикации Гипотеза Планка. Фотоэффект.

Всероссийский сборник статей и публикаций института развития образования, повышения квалификации и переподготовки.

Язык издания: русский
Периодичность: ежедневно
Вид издания: сборник
Версия издания: электронное сетевое
Публикация: Гипотеза Планка. Фотоэффект.
Автор: Мамиева Диана Аслановна

ЗАНЯТИЕ №43Тема: Гипотеза Планка. Фотоэффект.Цель: ознакомить с новым разделом квантовой физики. Сформулировать гипотезу Планка. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.Задачи занятия:Образовательные:

познакомить с понятиями квант и квантовая физика,

изучить гипотезу Планка,

продолжить формирование умений решать творческие задачи.

Развивающие:

продолжить формирование умений устанавливать причинно-следственные связи между фактами, выдвигать гипотезы, обосновывать их и проверять достоверность,

отработка элементов дедуктивного метода познания,

способствовать выработке умений самостоятельно пополнять свои знания на примере работы с учебным оборудованием.

Воспитательные:

содействовать формированию научного мировоззрения учащихся на основе обобщения результатов эксперимента,

содействовать воспитанию коллективизма при работе учащихся в группах.

Тип занятия: изучение нового материала.Продолжительность: 90 минут.Ход занятия1. Организационный моментПриветствие. Мотивация. Сообщение темы и целей занятия.2. Изучение нового материалаВ конце XIX в. многие ученые считали, что развитие физики завершилось по следующим причинам:1. Больше 200 лет существуют законы механики, теория всемирного тяготения.2. Разработана молекулярно-кинетическая теория.3. Подведен прочный фундамент под термодинамику.4. Завершена максвелловская теория электромагнетизма.5. Открыты фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса, массы и электрического заряда).В конце XIX - начале XX вв. открыты:В. Рентгеном - Х-лучи;А. Беккерелем - явление радиоактивности;Дж. Томсоном - электрон.Однако классическая физика не сумела объяснить эти явления.Теория относительности А. Эйнштейна потребовала коренного пересмотра понятий пространства и времени. Специальные опыты доказали справедливость гипотезы Д. Максвелла об электромагнитной природе света. Можно было предположить, что излучение электромагнитных волн нагретыми телами обусловлено колебательным движением электронов. Но это предположение нужно было подтвердить сопоставлением теоретических и экспериментальных данных.Для теоретического рассмотрения законов излучений использовали модель абсолютно черного тела, т. е. тела, полностью поглощающего электромагнитные волны любой длины. Австрийские физики И. Стефан и Л. Больцман экспериментально установили, что полная энергия, излучаемая за 1 с абсолютно черным телом с единицы поверхности пропорциональная четвертой степени абсолютной температуры:Е = оТ\Закон был назван законом Стефана-Больцмана. Он позволил вычислить энергию излучения абсолютно черного тела по известной температуре. По заданным значениям температуры интенсивность излучения черного тела максимальна и соответствует определенному значению длины волны.Немецкий физик В. Вин обнаружил, что при изменении температуры длина волны, на которую приходитсяИспользуя законы термодинамики В. Вин получил закон распределения энергии в спектре черного тела, который совпадает с экспериментальными результатами.Английский физик Дж. Рэлей сделал попытку более строгого теоретического вывода закона распределения энергии. Его закон приводит к хорошему совпадению с опытами в области малых частей. По этому закону интенсивность излучения должна возрастать на ~v2. Следовательно, в тепловом излучении должно быть много ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, чего на опыте не наблюдалось. Затруднения в согласовании теории и результатов эксперимента получили название ультрафиолетовой катастрофы. Законы, полученные Максвеллом, оказались не в состоянии объяснить форму кривой распределения интенсивности в спектре абсолютно черного тела.В самом конце прошлого века Макс Планк (1858-1947), как и многие до него, искал универсальную формулу для спектральной функции абсолютно черного тела. Ему повезло больше, чем другим - вначале он ее просто угадал, хотя появилась она не вдруг: два года напряженных размышлений потребовались Планку, чтобы объединить в одной формуле разрозненные куски единой картины явления теплового излучения.19 октября 1900 г. происходило очередное заседание Немецкого физического общества, на котором экспериментаторы Генрих Рубенс (1885-1922) и Фердинанд Курлбаум (1857-1927) докладывали о новых, более точных измерениях спектра абсолютно черного тела. После доклада состоялась дискуссия, в ходе которой экспериментаторы сетовали на то, что ни одна теория не может объяснить их результаты. Планк предложил воспользоваться своей формулой. В ту же ночь Рубенс сравнил свои измерения с формулой Планка и убедился, что она правильно, до мельчайших подробностей, описывает спектр абсолютно черного тела. На утро он сообщил это коллеге и близкому Другу Планку и поздравил его с успехом.Однако План был теоретик и потому ценил не только окончательные результаты теорий, но и внутреннее их совершенство. К тому же он и не знал, что открыл новый закон природы, и верил, что его можно вывести из ранее известных. Поэтому он стремился теоретически обосновать закон излучения, исходя из простых посылок кинетической теории материи и термодинамики. Последовали два месяца непрерывной работы и предельного напряжения сил. Ему это удалось. Но какой ценой! В процессе вычислений он предположил, что энергия испускается порциями (или квантами), которые определяются формулой:E = hv,где v- частота излучения; h - постоянная Планка.В поисках выхода из противоречия между теорией и опытом Планк выдвинул гипотезу:Атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями – квантами. Энергия каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения: , h – постоянная Планка. h=6,63*10-34 Дж*с.Фотоэффект.Фотоэффект был открыт в 1887 году Генрихом Герцем, а затем исследован экспериментально русским ученым А.Г.Столетовым.Фотоэффект – явление вырывания электронов из твердых и жидких веществ под действием света.Если вырванные электроны вылетают за пределы вещества, фотоэффект называют внешним.Просмотр анимации фотоэффекта. Изменяя условия явления можно сделать выводы: интенсивность фотоэффекта зависит от рода металла, величины светового потока, и спектрального состава излучения.Законы фотоэффекта:

фототок насыщения прямо пропорционален интенсивности света, падающего на катод;

максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света и определяется только его частотой;

для каждого вещества существует минимальная частота света, называемая красной границей фотоэффекта, ниже которой фотоэффект не возможен.

Максимальное значение кинетической энергии электронов:Уравнение ЭйнштейнаВ 1905 году Альберт Эйнштейн пришел к выводу, что свет должен не только излучаться и поглощаться, но также и распространяться в виде отдельных порций энергии – квантов электромагнитного поля. Эти кванты иначе называют фотонами. Эйнштейн считал, что при поглощении фотона веществом, его энергия передается свободному электрону в металле целиком, а сам фотон перестает существовать.Уравнение Эйнштейна: , где А – работа выхода электрона из металла, – энергия поглощенного фотона, – кинетическая энергия электрона.Порог а: 3. Закрепление изученного

Как согласно гипотезе Планка абсолютно черное тело излучает энергию?

Согласно электродинамике Максвелла нагретое тело, непрерывно теряя энергию вследствие излучения электромагнитных волн, должно охладиться до абсолютного нуля. Так ли это в действительности?

За счет чего получена теория теплового излучения Планка в применении к макроскопическим системам?

Что происходит с максимумом интенсивности излучения при увеличении температуры нагретого тела?

Какие явления изучает квантовая физика?

Какие факты свидетельствуют о наличии у света корпускулярных свойств?

Почему при частотах, меньших красной границы, фотоэффект не наблюдается?

Работа выхода электронов из калия равна 3,55*10-19 Дж. Определите длину волны красной границы фотоэффекта. (Ответ: 5,6 *10-7 м.)

На металлическую пластину падает монохроматический свет длиной волны 0,42 мкм. Фототок прекращается при задерживающем напряжении 0,95 В. Определите работу выхода электронов с поверхности пластины (Ответ: 2эВ.)

4.Подведение итогов занятияВыставление оценок. 5.Домашнее задание. Задачи с задачника по Рымкевич А.ППодготовить сообщение по следующим темам:( 1 час)1. Макс Планк. Жизнедеятельность ученого.2. Альберт Эйнштейн – парадоксальный гений.3.Применение фотоэффекта в наши дни.4.Принцип работы лазера.