Сырт?ы фотоэлектрлік эффект. Сырты фотоэффект за?дары. Эйнштейнні? фотоэффектіге арнал?ан те?деуі
ШЖҚ «Талдықорған медицина колледжі» МКК
ГКП на ПХВ «Талдыкорганский медицинский колледж» САПА ФОРМАСЫ
ФОРМА КАЧЕСТВА
Теориялық сабақтың әдістемелік нұсқамасы
Методическая разработка теоретического занятия
F-05-06-05 Рев. 01 Ревизияның басталу мерзімі 10.04.2015
01.Рев. Дата ввода ревизии 10.04.2015 Бет 1-8
Страница 1 из 8
Теориялық сабақтың әдістемелік нұсқамасы
Пән: Физика және астрономия
Тақырыбы : Сыртқы фотоэлектрлік эффект. Сырты фотоэффект заңдары. Эйнштейннің фотоэффектіге арналған теңдеуі
Мамандық: 0302000 - «Мейірбике ісі»
Курс: І
ЦӘК отырысында
қаралып талқыланды
Хаттама №____
«___»_______2016 ж.
ЦӘК төрайымы ______
Әдістемелік нұсқа жұмыс бағдарламасына сәйкес құрастырылған: Уразбаева Г.Т.
Теориялық сабақтың әдістемелік нұсқамасы
Тақырыбы: Сыртқы фотоэлектрлік эффект. Сырты фотоэффект заңдары. Эйнштейннің фотоэффектіге арналған теңдеуі
Сабақтың мақсаты:
білімділік - Студенттерге сыртқы фотоэлектрлік эффект. Сырты фотоэффект заңдары. Эйнштейннің фотоэффектіге арналған теңдеуі туралы ережесін түсіндіру.
тәрбиелік - Жауапкершілікті сезіне отырып жұмыс жасауға, ұқыптылыққа, өз жолдасының пікірін тыңдауға тәрбиелеу.
дамытушылық - Оқу материалын талдай білу дағдысын дамыту, бақылау, салыстыру, оқылған құбылыстар мен фактілерді салыстыра білу, қорытынды жасай білуге баулу. Жаңа білімді қолдану дағдысын дамыту, ақылға салу дағыдысын қалыптастыру.
Сабақтың түрі: аралас сабақ
Сабақтың әдісі: түсіндіру, сұрақ - жауап
Сабақтың уақыты: 2 сағат
Сабақты өткізу орны: дәрісхана
Пәнішілік байланыс:
Пәнаралық байланыс: химия
Сабақтың жабдықталуы: үлестірмелі материалдар
Пайдаланылған әдебиеттер:
негізгі Б. Конграт, В. Кем, Н.Қойшыбаев, «Физика 11»
қосымша С. Ж. Асфендияров
Оқушы білуі тиіс:
Сырты фотоэффект заңдарын, оның ерекшеліктерін, техникада қолданылуы
Сабақтың хронокартасы және құрылымдық-логикалық сызбасы
І Ұйымдастыру кезеңі – 3-5 мин
ІІ Үй тапсырмасын тексеру – 15-20 мин
ІІІ Жаңа тақырыпты түсіндіру – 30-45 мин
ІҮ Жаңа тақырыпты бекіту – 10-15 мин
Ү Қорытындылау – 3-5 мин
ҮІ Үйге тапсырма – 3-5 мин
Сабақ барысы
І Ұйымдастыру кезеңі
Сәлемдесу, студенттердің сабаққа даярлықтарын тексеру.
ІІ Үй тапсырмасын тексеру
12.10 есеп. Фокустық арақашықтығы f = 30 см линза b = 10 см қашықтықта дененің кішірейтілген жалған кескінін береді. Дене линзадан қандай қашықтықта орналасқан?
Шешуі
«Кішірейтілген жалған кескін» терминдерінің байланысы линза шашыратқыш екенін көрсетеді:
−1/f = 1/а − 1/b а = 15 см.
Жауабы: а = 15 см.
12.11 есеп. Фокустық арақашықтығы f = 30 см линзадан b = 120 см арақашықтықта орналасқан экранда дененің кескіні алынады. Дене линзадан қандай қашықтықта орналасқан?
Шешуі
Кескін экранда алынды. Сол себептен, ол шын және линза жинағыш:
1/f = 1/а + 1/b 1/30 = 1/120 + 1/а а = 40 см.
Жауабы: а = 40 см.
12.12 есеп. Дененің 2,5 есе үлкейтілген жалған кескіні фокустық арақашықтығы f = 40 см болатын линзадан b = 60 см арақашықтықта алынады. Дене линзадан қандай а қашықтықта орналасқан?
Шешуі
«Жалған үлкейтілген кескін» деген терминдердің байланысы жинағыш линза екенін көрсетеді: 1/f = 1/а−1/b ∙а
а/f = 1 − а/b, а/b = 1/К = 0,4 а = f(1 − 0,4) = 24 см.
Жауабы: а = 24 см.
12.13 есеп. Фокустық арақашықтығы f = 40 см линзадан қандай арақашықтықта дененің 2,5 есе үлкейтілген жалған кескіні алынады?
Шешуі
«Жалған үлкейтілген кескін» деген терминдердің байланысы жинағыш линза екенін көрсетеді: 1/f = 1/а − 1/b ∙b
b/f = К – 1, b = f(К – 1) = 401,5 = 60 см.
Жауабы: b = 60 см.
12.14 есеп. Егер экранда дененің 2,5 есе үлкейтілген кескіні алынса, фокустық арақашықтығы f = 40 см линзаға дейінгі арақашықтық қандай болады?
Шешуі
Шын кескін болғандықтан, линза жинағыш:
1/f = 1/а + 1/b ∙b
b/f = К+1, b = f(К + 1) = 140 см.
Жауабы: b = 140 см.
12.15 есеп. Сәуле шығаруы себепті Күннің секунд сайынғы массасының кемуін есептеңіз. Күн тұрақтысы j = 1370 Вт/м2. Күннен Жерге дейінгі қашықтық L = 150106 км = 1,51011 м
Шешуі
Күн тұрақтысы сәуле шығару қуатын Күнді қоршайтын және Жер арқылы өтетін сфераның ауданына бөлгенге тең. Осыдан Күннің секунд сайын жоғалтқан энергиясын табамыз:
Е = jS = j4L2 = 137043,14(1,51011) = 3871024 Дж.
Осы энергияға массаның кемуі сәйкес келеді m = Е/c2 = 4,3109 кг.
Жауабы: m = 4,3109 кг/с.
ІІІ Жаңа тақырыпты түсіндіру
XIX ғасырдың аяғында Герц жарық әсерінен металдар электрондар шығара алатынын байқады. Бұл құбылыс сыртқы фотоэффект деп аталады.
Сыртқы фотоэффект деп зат бетінен оған түскен жарық әсерінен электрондарды ыршытып шығаруын айтамыз.
Фотоэффектіні оқып үйренуде көп үлес қосқан орыс физигі Столетов болды, ол мына қондырғыны пайдаланды.
А
U
+
–
Iн
I
Uз
U
Анод
Катод
Жарық
13.1 - сурет. Фотоэффектіні оқып үйренуге арналған қондырғы.
Ауасы сорылған шыны баллонға екі электрод бекітілген. Электродтарға шамасын өзгерте алатын кернеу беріледі. Электродтқа бекітілген теріс полюске (катод) жарық сәулесі бағытталады. Жарық катодтан электрондарды (фотоэлектрондар деп атайды) ыршытып шығарады. Сонда катод оң зарядталады. Шығарылған электрондардың бір бөлігі катодқа қайта оралады. Қалған бөлігі анодқа жетеді де, ток түзейді. Кернеу артқанда анодқа жеткен электрондардың үлесі артады және тізбекте ток артады. Қашан барлық шығарылған электрондар анодқа жеткенше ток қанығады, оның артуы тоқтайды.
Фотоэффектінің келесі заңдары алынды.
1 с-та катодтан шығарылған электрондардың жалпы саны түскен сәуленің қарқындылығына тура пропорционал.
Фотоэлектрондардың максимал энергиясы жарық жиілігімен сызықты артады және оның қарқындылығына тәуелсіз.
Әрбір зат үшін фотоэффект тағы да мүмкін болатын минимал жарықтың жиілігі болады. Бұл жиілікті фотоэффектінің қызыл шекарасы деп аталады.
Фотоэффектінің құбылысы туралы түсінікті Альберт Эйнштейн (1905 ж.) берді, ол жарық жеке порциялармен — кванттармен жұтылады деген тұжырымын ұсынды. Бір кванттың энергиясы жарықтың жиілігіне пропорционал:
Е = h,
мұндағы h — Планк тұрақтысы.
Эйнштейннің ұсынысы Планктың сәуле шығарудың кванттық гипотезасын толықтырды.
Эйнштейн фотоэффектінің келесі механизмін ұсынды. Электрон жарық квантын жұтады және оның барлық энергиясын алады (сонда квант жоғалады). Алынған энергияның бір бөлігі металдан электронды алып шығуға жұмсалады және оны шығу жұмысы (Ашығ) деп атайды. Квант энергиясының қалғаны электронды ұрып шығаратын кинетикалық энергияға ауысады (Ек = m2/2). Энергияның сақталу заңы бойынша былай жазуға болады:
h = Ашығ + m2/2.(13.3)
Бұл теңдеу фотоэффекті үшін Эйнштейн теңдеуі деп аталады.
Егер жарық квантының энергиясы жұмыстан аз болса, фотоэффектіге орын жоқ. Осыдан фотоэффект болатын минимал жарықтың жиілігі үшін теңдеуді аламыз:
hмин = Ашығ.
Бұл жиілік фотоэффектінің қызыл шекарасы деп аталады («қызыл» шекара деген ұғым ұзынтолқынды шекара мағынасыда қолданылады).
Заттың жарықты жұтуы арнайы фотохимиялық реакциялармен жүруі мүмкін.
Фотохимиялық реакциялар — жарықтың жұтылуымен қатар жүретін заттың химиялық түрленуі.
Фотохимиялық реакциялар фотохимиялық реакцияларды синтездеу және айыру болып екіге бөлінеді (13.1- кесте).
13.1- кесте. Фотохимиялық реакциялар
Синтез реакциясы Айыру реакциясы
Өсімдіктерде көмірсулардың түзілу және оттегінің бөліну реакциясы:
СО2 + 2Н2О + Nh CН2О + Н2О + О2.
Кейбір бактериялар үшін тән реакция:
СО2 + 2Н2S + Nh CН2О + Н2О + 2S.
Озонның түзілу реакциясы:
3О2 + h2О3 Бромды күмістің айырылу реакциясы:
AgBr + hAg + Br,
Фотографияда түсіру және көшірме жасау үдерістерінде қолданылады - фотопленкадан фотоқағазға кескінді тасымалдау
Фотохимиялық реакциялар үшін келесі заңдылықтар тағайындалған:
1) химиялық реакция кезінде бейімделетін заттың массасы оның жұтқан жарығының энергиясына пропорционал:
m = kE,
мұндағы k — фотохимиялық реакциялардың табиғатына тәуелді коэффициент;
2) Әрбір фотохимиялық реакциялар үшін 0 минимал жарық жиілігі болады, төмен болса берілген реакция жүрмейді (фотохимиялық реакциялардың қызыл шекарасы).
Фотохимиялық реакциялар барлық фотобиологиялық үдерістердің ажыратылмайтын кезеңі болып табылады.
Фотобиологиялық үдерістер — биологиялық функционалды молекулаларының жарық квантын жұтуынан бастап ағзада немесе ұлпаларда сәйкес физиологиялық реакциялармен аяқталатын үдерістер.
Фотобиологиялық үдерістерге жатады:
фотосинтез — күннің жарық энергиясы есебінен органикалық молекулаларының синтезі;
фототаксис — ағзалардың жарықтан немесе жарыққа қозғалуы (мысалы, бактериялар);
фототропизм — өсімдік жапырақтарының жарықтан немес одан бұрылуы (бұтақтары);
фотопериодизм — жануарлардың «жарық қараңғы» циклдік әсерлері жолымен тәуліктік және жылдық регуляциясы;
көру — көздің жарық энергиясын нерв импульсі энергиясына айналуымен жүретін жарықты қабылдауы; көз бұршағының тұмандануы;
жарық әсерінен тері күйінің өзгерістері: эритема, эдема, күнге күю, пигментация, күйік, тері рагы.
ІҮ Жаңа тақырыпты бекіту
1. Фотоэффект дегеніміз не? Жарықтың әсерінен металдардан электрондардың ұшып шығу құбылысы. 2. Жапқыш кернеу: eUж; 3. Фотоэффектінің пайда болу шарттарының бірі: hυмин = Aш υmin = немесе λ = ; 3. Фотон дегеніміз- энергиясы болатын элементар бөлшек. Ол бөлшек болғандықтан оның массасы мен импульсі болады. mc2 = hυ немесе m= ; p = = ; m0=0 4. Фотоэффект үшін Эйнштейн теңдеуін жазыңдар.
Тестік тапсырма
Фотоэффект дегеніміз не?
A) Түскен жарықтың әсерінен заттан электрондардың ұшып шығу құбылысы.
B) Түскен жарықтың әсерінен металдардан электрондардың ұшып шығу құбылысы
C) Түскен жарықтың әсерінен сұйықтардан электрондардың ұшып шығу құбылысы
D) жауаптардың бәрі дұрыс.
Фотоээфектіні зерттеп, заңдарын тағайындаған ғалым ....
A) 1923 жылы Милликен.
B) 1887 жылы Герц.
C) 1905 жылы Столетов.
D) жауаптардың дұрысы жоқ.
Фотоэффектінің заңдарының маңызы неде?
A) фотоэффект процесіндегі энергияның сақталу заңы
B) фотоэффект процесіндегі электрондардың қозғалысын түсіндіру болып табылады
C) фотоэффект процесіндегі жарық кванттарының энергиясы мөлшерінің шектеулілігін көрсетеді
D) фотоэффект процесіндегі энергияның қалай бөлінетіндігін дәлелдеп түсіндіретін заң.
"Жапқыш кернеу" дегеніміз не?
A) катод пен анод арасындағы кернеу
B) фотоэлектрондардың катодтан анодқа жетпей қалатындай потенциалдар айырымын түсіретін кернеу
C) катодтан анодқа қарай электрондар қозғалысқа келетін кернеу.
D) фотоэлектрондардың жылдамдығын әлсірететін кернеу
Фотоэффектінің "қызыл шекарасы" дегеніміз не?
A) жарық түссе де фотоэффект болмайтын толқын ұзындығы
B) жарықтың әсерінен электрондардың ұшып шығатын жиілігі
C) фотоэффект туғыза алатын ең аз жиілік шамасы
D) жауаптардың бәрі дұрыс.
"Қанығу тогы" қай кезде пайда болады?
A) 1 секундта катодтан ұшып шыққан электрондардың қозғалысы туғызатын ток
B) түскен жарықтың әсерінен катодтан ұшып шыққан электрондар санын анықтайтын ток.
C) катодқа түсетін жарық интенсивтілігінің берілген мәнінде фототоктың өсуі
D) жауаптардың дұрысы жоқ.
Сыртқы фотоэффектінің маңызы неде?
A) автоматты ойындар үшін қолданылады
B) фотоэлементтерде қолданылады
C) өдірісте, әртүрлі технологиялық процестерде, фоторелелерде - әскери істерде қондырғыларды автоматты түрде ағытып, іске қосып отыруға қолданылады
D) жауаптардың бәрі дұрыс
Фотон деп нені айтамыз?
A) Әрбір жарық кванты бір бөлшек болып табылады, оны фотон деп атаймыз.
B) бір порция энергияcы hv-ға тең элементар бөлшек, оны фотон деп атаймыз.
C) жарықтың бөлшектік қасиетін дәлелдейтін бір квант - фотон деп аталады
D) жауаптардың бәрі дұрыс.
Фотонның энергиясы неге тең?
A) E=hv
B) E=mc2
C) E=0
D) E=eU.
Фотон импульсінің болуы ненің дәлелі болып табылады?
A) жарықтың тыныштық массасының бар болуының
B) жарықтың бөлшектік сипатының бар екенін дәлелдейді
C) жарықтың энергиясының бар болуының
D) жауаптардың бәрі дұрыс
Эйнштейн теңдеуі дегеніміз не?
A) E=mc2
B) E=hv
C) hv=Aш+mv2/2
D) E=eU.
Бір кванттың таситын энергиясы неге тең?
A) E=hv
B) E=mc2
C) E=0
D) E=eU.
Фотоэффектінің І заңы қалай тұжырымдалады?
A) әр металл үшін фотоэффектінің қызыл шекарасы , яғни одан төменгі жиілікте фотоэффект байқалмайтын ең аз жиілік бар - vmin.
B) қанығу фототок күші түскен жарықтың интенсивтілігіне пропорционал өседі, бірақ жарықтың жиілігіне тәуелді емес.
C) фотоэлектрондардың максимал жылдамдығы түскен жарықтың интенсивтілігіне тәуелді емес, ол тек жарықтың жиілігіне тәуелді.
D) жауаптардың бәрі дұрыс.
Планк тұжырымдамасының физикалық маңызы неде?
A) Жарықтың әрбір үлесін "квант" деп атаймыз
B) Әрбір квант 1 "үлес" энергия тасиды, оның шамасы hv-ге тең.
C) Қызған дене жарық шығарғанда "үлеспен" үздікті шығарады.
D) классикалық физиканың заңына қайшы, дене энергияны үлестік, дискреттік түрде шығаратынын, жарықтың бөлшектік күйде тарайтынын тұжырымдап берді.
Ішкі фотоэффект дегеніміз не?
A) жарықтың әсерінен бос электрондардың санының артуынан болатын құбылыс.
B) жартылай өткізгіштердегі электрондар мен кемтіктердің санының артуынан жүретін фототоктың қолданылуы
C) фотоэффект 2 түрге бөлінеді: ішкі және сыртқы
D) жауаптардың бәрі дұрыс
Ү Қорытындылау
а) Бағалау
ә) рефлексия (не білемін?, не білдім?, не білгім келеді?
ҮІ Үйге тапсырма Р.Башарұлы, Г. Байжасарова, «Физика11» 61-63 бет