Фотоэффектінің қызыл шекарасы

Презентация қосу

Сабақтың тақырыбы:
Мақсаты:
Білімділік:
Фотоэффект құбылысы кезінде жарық пен заттың өзара
әсерлесуінің сипаты, Эйнштейн теңдеуінің мазмұнын
түсіндіру және оқушылардың ғылыми дүниетанымын
қалыптастыру

Дамытушылық

Оқушының кванттық физикадағы негізгі түсініктер жөніндегі
ой - өрісін дамыту

Тәрбиелік:

Оқушылардың дүниетаным көкжиегін кеңейту. Өз бетінше
тұжырым жасай білуге үйрету
Сабақтың типі: аралас

Түрі: Теориялық - практикалық

Пәнаралық байланыс: Информатика, математика

Оқыту әдістері:
Сөздік, көрнекі, практикалық
Оқушылардың танымдық
іс-әрекетін ұйымдастыру
тәсілі бойынша: Ізденіс, проблемалық, зерттеушілік

Оқыту формалары:
Жеке, топтық
Жабдықтау:
Оқу құралдары, компьютер,
фотоэффект құбылысын
бақылауға арналған құрал
Сабақтың барысы:
І. Ұйымдастыру кезеңі

Оқушылардың назарын сабаққа аудару

ІІ. Үй тапсырмасын тексеру:

Білуіміз керек:
1. Фотоэлектрлік эффектіні бақылау тәсілдері;
2. Фотоэлектрлік эффектінің құбылысының физикалық
мағынасын;
3. А. Г. Столетов тәжірибелерінің мақсатын;
4. І (U) тәуелділік графигін;
5. фотоэлектрлік эффект заңдарын кванттық тұрғыда
түсіндіру;
6. Фотоэлектрлік эффект қасиеттерін;
7. Эйнштейн теңдеуін;
ІІІ. Жаңа сабақты баяндау:

Меңгеруіміз керек:

1. Ток күшінің (І) кернеуге (U) тәуелділік графигіне талдау

жасауды;
2. Қанығу тоғының болуын түсіндіре білуді;
3. Фотоэлектрлік эффект заңдарын Эйнштейн теңдеуі негізінде

түсіндіре білуді;
4. Тежеулі кернеу мағынасын түсіндіруді;
5. Эйнштейн теңдеуінің мағынасын түсіндіруді.
Фотоэлектрлік эффектінің ашылуы:
Фотоэлектрлік эффект 1887 жылы неміс физигі Г. Герц
ашты және 1888 – 1890 жылдары орыс ғалымы
А. Г. Столетов бұл құбылысты тәжірибе жүзінде алғаш
зерттеп, заңдылықтарын тағайындады.
Фотоэлектрлік эффект құбылысын зерттеуде неміс
ғалымы Ф. Ленард және американ ғалымы Р. Милликен
үлкен үлес қосты
Сыртқы фотоэффект:
Герц тәжірибесі: Электродтардың біріне (катодқа)

ультракүлгін сәуле түсіргенде U кернеу Umin
шамасынан кіші болса да разряд ұшқынының
пайда болғанын байқады
Фотоэлектрлік эффектіні бақылау:
1. Жақсы тазаланған мырыш пластинаны электрометрге қосып,
оны теріс зарядпен зарядтайды. Егер пластинаға ультаракүлгін
сәуле түсірсек, дереу пластина разрядтала бастайды. Сәуле
жолына кедергі қойылса, разрядталу тоқтайды. Егер пластина аз
зарядпен зарядталса онда сәуле түскенімен электрометр
разрядталуды көрсетпейді

2. Ультракүлгін сәуле электордқа түскенде, оның бетінен электр
тогын таситын зарядталған бөлшектерді жұлып шығарады.
Осы зарядталған бөлшектерді фотоэлектрондар деп,
фотоэлектрондар ағынын фототок деп атаймыз
Сыртқы фотоэффект:

Фотоэффект – жарықтың әсерінен металл бетінен
электрондардың бөлініп шығу құбылысы
Фотоэффектіні зерттеуге арналған эксперименттік қондырғының схемасы:
1 2
1. катод К
2. ультракүлгін сәуле
3. кварц терезесі
4. анод А 6
5. ауасы сорылған баллон
6. электрөлшеуіш приборлар
7. Потенцинометр 7
8. кернеу көзі U 8
9. кілт
Зерттеу жоспары:
Фототоктың кернеуге және жарық интинсивтілігіне тәуелділік графигін түсіндіру
Жарық ағынының әртүрлі мәндеріндегі графигіндегі өзгерісті зерттеу
Фототоктың кернеуге тәуелділікгі әртүрлі катод материалы үшін зерттеу
Зерттеу жоспары:

1 – тапсырма
Фототоктың кернеуге тәуелділік графигін салу
Кернеуді өзгерте отырып алынған вольт – амперлік сипаттаманы
қарастырыңыздар
1. U=0 болғанда ток жүре ме?
2. Кернеуді арттырған сайын ток күші қалай өзгереді?
3. Полюстерді ауыстырғанда не байқалады?
Бақылау нәтижелерінің көмегімен өздеріңіз болжам жасаңыздар
Вольт – амперлік сипаттамаға талдау жасау
Кернеудің қандай бір мәнінде тізбектегі ток күшінің мәні тоқтайды
Фототок күшінің бұл мәні қанығу тогы деп аталады.

Қанығу фототок күші 1с ішінде катодтан ұшып шыққан I0
электрондар санына тура пропорционал:
І = q / t = | e | N / 1с = const = I қанығу
U = 0 болғанда І = 0, олай болса ұшып шыққан электрондар кинетикалық
энергияға ие
Кернеудің теріс мәнінде тізбектегі ток күші нөлге тең.
Тізбектегі ток күшін нөлге дейін кеміту үшін анод пен катодтың арасына Uж
теріс потенциалдар айырымын түсіру керек. Оны тежеуші кернеу немесе
жабушы потенциал деп атайды.
Тежеуші кернеу түсіргенде ең жылдам электронның өзі электр өрісінің әсерін
жеңе алмайды да, анодқа жетпейді. Олай болса, энергияның сақталу заңына
сәйкес
1 / 2 mυ2max = eUж
Мұндағы m – электронның массасы
υmax – фотоэлектронның максимал жылдамдығы
2 – тапсырма:
Жарық ағынының әртүрлі мәндеріндегі І (U) тәуелділігін
зерттеу

1. Жарық жиілігін өзгертпей, жарық – ағынын арттырайық .
ВAC қалай өзгереді?
2. Қанығу тогында не өзгеріс байқалады?
3. Тежеуші кернеуде не өзгеріс байқалады?
Өз ойларыңызды тұжырымдаңыздар.
Ұшып шыққан электрондардың жарық
ағынына тәуелділігі
Фотокатодқа түсетін жарық ағыны арттырылғанмен, оның
спектрлік құрамы өзгеріссіз қалады Ф2 > Ф1

Қанығу фототк күші, сонымен бірге 1с – та ұшып шыққан
фотоэлектрондар саны артады: І1қан > I 2қан
Тежеуші кернеудің мәні өзгермейді.
Фотоэлектрлік эффектінің бірінші заңы
1. Жарықтың әсерінен бір өлшем уақыт ішінде металдан ұшып
шығатын электрондар саны жарық интенсивтілігіне тура пропорционал

3 – тапсырма
Әртүрлі спектрлік құрамдағы жарық пен жарықтандырылғанда І (U) тәуелді
1) Кез келген толқын ұзындығында (жиілігінде) фотоэлектрлік эффект
байқала ма? Аз жиіліктегі тежеуші кернеу неге тең?
2) Жиілікті арттырғанда тежеуші кернеу қалай өзгереді?
3)Жиілікті арттырғанда қанығу тогы қалай өзгереді?
Жарықтың спектрлік құрамының әсері)
υ = υmin болғанда тежеуші кернеу нөлге тең болады
υ < υmin болғанда фотоэлектрлік эффект байқалмайды
Егер жарық жиілігін арттырсақ, онда өзгеріссіз жарық ағыны
кезінде Um артады, олай бодса фотоэлектрондардың
кинетикалық энергиясы да артады
Фотоэлектрлік эффектінің екінші заңы
Металдан шығатын фотоэлектрондардың кинетикалық
энергиясы жарық интенсивтілігіне тәуелді емес, ол тек
түсетін жарықтың толқын жиілігіне тәуелді

4 – тапсырма

І (U) тәуелділігінің катодының әртүрлі
материал үшін зерттеу
cуреттегі модельдің көмегімен
жұмысын жүргізуге бола ма?
Фотоэффектінің қызыл шекарасы

1. υ = υmin болғанда фотокатодқа түсетін жарық толқыны қанша
интенсивті болғанымен фотоэффекті байқалмайды
2. λ = c / ν, сондықтан жарықтың минимал жиілігіне максимал толқын
ұзындығы сәйкес келеді
3. Қызыл жарықтың толқын ұзындығы үлкен болғандықтан
фотоэффекті байқалатын максимал толқын ұзындығын (минимал
жиілікті) фотоэффектінің қызыл шекарасы деп
атайды
Фотоэлектрлік эффектінің үшінші заңы
1. Прибордағы фотокатод материалын ауыстыра отырып Столетов берілген
материалдың қызыл шекарасы оның сипаттамасы болып табалатындығын
дәлелдеді
2. Әр металл үшін фотоэффект пайда болатын жарық жиілігінің ең төменгі мәні бар

Фотоэффектінің заңдары

1. Жарықтың әсерінен бір өлшем уақыт ішінде металдан
ұшып шығатын электрондар саны жарық интенсивтілігіне
ура пропорционал
2. Металдан шығатын электрондардың энергиясы жарық
интенсивтілігіне тәуелді емес, ол тек түсетін жарықтың
олқын жиілігіне тәуелді
3. Әр металл үшін фотоэффект пайда болатын жарық
жиілігінің ең төменгі бар, оны фотоэффект қызыл шекарасы
деп атайды
Жарықтың толқындық теориясы нені түсіндіре алмады
1. Фотоэлектрондар энергиясының жарық ағынының интенсивтілігіне тәуелсіздігін
2. Максимал кинетикалық энергияның жарық жиілігіне пропорционалдығын

Эйнштейн ашқан жаңалық (1905ж)
1. Энергия бір денеден екінші денеге үздікті түрде - квант түрінде беріледі
2. Жарық квант түрінде шығарылады, тарайды және жұтылады. Жарық
бөлшегі фотон деп аталады
3. Әрбір фотонның энергиясы Планк формуласымен анықталады
W = E = hν, һ – Планк тұрақтысы

Эйнштейн теңдеуі
1. Энергияның сақталу заңына сәйкес:
Һν = A + mυ2 / 2
Мұндағы: ν – түскен жарықтың жиілігі
m – фотоэлектрон массасы
ν – фотоэлектрон жылдамдығы
һ – Планк тұрақтысы
А – электрондардың металдардан шығу жұмысы
2) Эйнштейн теңдеуінің мағынасы:
Квант энергиясы электронды металдан бөліп шығару
жұмысына және электронның кинетикалық энергясын
арттыруға жұмсалады
Шығу жұмысы
• Шығу жұмысы заттың тегіне тәуелді
• Шығу жұмысы электронның металл бетін тастап шығуы
үшін қандай жұмыс істеу керектігін көрсетеді
• Шығу жұмысы электронвольтпен (эв) өлшенеді

Фотоэлектрлік эффектінің бірінші заңын дәлелдеу
• Фоток саны Nф электрон санына Nэ тең
• Монохромат жарық энергиясы:
Е = Nф һν = Nэ һν => Nэ== Е / һν
Фотоэлектрлік эффектінің екінші заңын дәлелдеу

Фотоэлектрондардың кинетикалық энергиясы жарық
интенсивтілігінің тәуелді емес, ол тек түсетін жарықтың
жиілігіне ғана тәуелді
Эйнштейн теңдеуінен

Фотоэлектрлік эффектінің үшінші заңын дәлелдеу
Әр т
металл үшін фотоэффект пайда болатыны
н жарық жиілігінің ең
төменгі мәні бар. Оны фотоэффектінің «қызыл шекарасы» деп атайды.
Минимал жарық жиілігі Wk = 0 болғанда байқалады.
Олай болса һνmin = А немесе һс / νmax = А
«Фотоэффект» тақырыбы бойынша есептер шығару

№ 1104 (ж).Мыс үшін фотоэффектінің ұзын толқынды (қызыл) шеарасы
282 нм. Электрондардың мыстан шығу жұмысын табыңдар (эВ есібімен).
Берілгені: Шешуі:
λ0 = 282 нм = 2,82 * 10 -7м, Аш = һν0; ν0 = с / λ0; Аш = һ с /λ0 =
һ – 4,136 * 10-15 эВ *с = 4,136*10-15 эВ*с* 3* 108м/с /282*10-7м
=4,4 эВ
Табу керек: Аш Жауабы: Аш * =4,4 эВ

№1105 (1222).Калий үшін фотоэффектінің қызыл шекарасын анықтаңдар.
Берілгені: Шешуі:
Аш = 2,2эВ, Аш = һν0 = һ с/ λ0;
Һ = 4,136*10-15эВ*с λ0 = һс / Аш = 4,136*10-15 эВ *с*3*108м/с /
2,2эВ = 5,64*10-7м = 564 нм.
Табу керек: λ0 Жауабы: λ0= 564 нм.
Сабақты бекітуге арналған тапсырмалар:

Есептер шығару

№1106 (1223).Толқын ұзындығы 450 нм –ге тең сәуле шығару әсерінен мырышта
фотоэффект пайда бола ма? Шешуі:
Берілгені: Аш = һν 0 = һ с/ λ0;
λ1 = 450 нм = 4,5*10-7м, λ 0 = һс / Аш = 4,136*10-15 эВ*с*3*108м/с /
Аш = 4,2 эВ, 4,2эВ = 2,95*10-7м = 295 нм.
Һ= 4.13*10-15эВ*с λ 1 > λ2, олай болса фотоэффект
байқалмайды
Табу керек: λ0

1107 (ж). Жиілігі 1 ПГц жарықпен сәулелендіргенде барий оксидінен жұлып
шығарылған электрондардың ең көп кинетикалық энергиясы қандай болады?
Берілгені: Шешуі:
ν = 1 ПГц = 1015Гц, Е = һν – Аш = 4,136*10-15эВ*с*
10-15с – 1эВ = Аш = 1эВ = 3,136эВ.
Табу керек: Е Жауабы: Е = 3,136 эВ
1108 (ж). Темірді толқын ұзындығы 20 нм жарықпен сәулелендіргенді
фотоэлектрондар қандай ең жоғары кинетиткалық энергияға ие болады?
Темір үшін фотоэффектінің қызыл шекарасы 288 нм.
Берілгені: Шешуі:
λ = 200 нм = 2*10-7м, Е = һν – Аш = һν –һν0 = һ(ν- ν 0) =һс(1 /λ –
λ0 = 288 нм = 2,88*10-7м - 1 / λ 0) = һс (λ – λ0) / λ0λ
Е = 4,136*10-15эВ * с* 3*108м/с(2,88*10-7м-
- 2*10-7м) / 2,88*10-7м*2*10-7м = 1,9 эВ
Табу керек: Е Жауабы: Е: 1,9 эВ

1109 (ж). Фотоэлектрондардың ең үлкен жылдамдығы 2 Мм/с болу үшін цезийдің
бетіне толқын ұзындығы қандай сәулелерді жіберген жөн?
Берілгені: Шешуі:
Аш = 1,8эВ, Е = һν – Аш = һс / λ – Аш; Е = mν2 / 2;
ν = 2 Мм/с = 2*106м/с mν2 / 2 = һс / λ – Аш λ = һс / mν2 / 2 + Аш;
λ = 4,136*10-15эВ*с*3*108м/с /
Табу керек: λ 9,1*10-31кг*(2*106м/с)2 / 2*1,6*10-19Дж/эВ +
+1,8 эВ = 9,43*10-8м = 94,3 нм
Жауабы: λ = 94,3 нм
10 (ПГР). Электромагниттік сәуле шығарудың толқын ұзындығы λ болса:
ν жиілігін; 2) фотонның Е энергиясы (Дж және эВ); 3) фотонның m массасын;
) фотонның р импульсін табыңдар.
ерілгені: Шешуі:
1) ν = с / λ;

абу керек:1) ν 2) Е (Дж) = һν (һ, Дж*с); Е (эВ) = Е (Дж) /
) Е (Дж), Е (эВ); / 1,6*10-19Дж/эВ
) m(а. е. м) , m(кг); 3) m(кг) = Е(Дж) / с2; m(а. е. м) = m(кг) /
)р / 1,66*10-27кг/а.е.м
4) р = mс

11 (ж). Егер жапқыш кернеу 1,5 В – қа тең болса, онда К катодтан жұлып
ығарылған фотоэлектрондардың ең үлкен кинетикалық энергиясын табыңдар
ерілгені: Шешуі:
= 1,5 В Е = еU = 1,6*10-19Кл*1,5В = 2,4*10-19Дж = 1,5эВ
абу керек: Е Жауабы: Е = 1,5 эВ
1112 (ж). Егер фототок жапқыш кернеуі 0,8В болған кезде тоқтасы, онда
фотоэлектрондардың ең үлкен жылдамдығы қанша?
Берілгені: Шешуі:
U = 0,8 В еU = mν 2/ 2;
ν = √2еU / m = √ 2*1,6*10-19Кл*0,8В / ,1*10-31=
= 0,53*106м/с = 0,53Мм/с.
Табу керек: λ Жауабы: λ = 0,53Мм/с.

1113 (ж). Катоды цезийден жасалған вакуумді фотоэлементке 2 В жапқыш
кернеуі түсірілген. Катодқа түсетін жарықтың толқын ұзындығы қандай болған
кезде фоток пайда болады?
Берілгені: Шешуі.
U = 2В, һν = Аш + mν2 / 2 = Аш + еU; һс / λ = Аш + еU;
АШ = 2,9*10-19 Дж λ = һс / Аш + еU = 6,626*10-34Дж * с * 3* 108м/с
= 2,9* 10-19 Дж + 1,6 * 10-19 Кл * 2В ≈
≈ 3,3*10-7м = 330 нм
Табу керек: λ Жауабы: λ = 330 нм
1114 (ж). Толқын иұзындығы 100 нм ультракүлгін сәулемен вольфрам катодтан
жұлып шығарылған электрондар тізбекте ток тудырмауы үшін қандай кернеу
беру керек?
Берілгені: Шешуі:
λ = 100 нм = 10-7м, һν = Аш + mν2 / 2 = Аш + еU; һс / λ = Аш + еU
Аш = 7,2 * 10-19 Дж U = һс / λ - Аш / е = 6,626 * 10 -34 Дж * с* 108м/с /
/ 10-7м / - 7,2 *10-19Дж / 1,6*10-19 Кл = 7,9 В
Табу керек: U Жауабы: 7,9 В
Ж: m һс / с2
4. Фотоэффектіні зерттеген кезде қандай формула фотоэлектрондардың

максималь бастапқы жылдамдығын анықтауға мүмкіндік береді?

Ж: еU = mν2 / 2
5. Фотоэффектінің қызыл шекарасын анықтайтын формуланы көрсет

Ж: ν = А / һ
6. Эйнштейннің түсетін жарықтың толқын ұзындығын анықтауға мүмкіндік

беретін формуласын жаз.
Үйге тапсырма:

§ 6.4 Фотоэффект

Есептер:

6.4.1-6.4.5 шығарып келу

Ұқсас жұмыстар

Фотоэффект тақырыбына есептер шығару

Кванттық физика Фотоэффект

Фотоэффект құбылысын түсіндіру

Фотоэффект

Рентгендік сәулелену

Кванттық физика. Квант теориясының шығуы

Ірі қан тамырларының адам денесіндегі проекциясын анықтау, тамырларды тыңдау және басу орындарын анықтау туралы ақпарат

Каспий экологиясы туралы

Лейкоплакияның этиологиясы

ПЛАНЕТА АТМОСФЕРАСЫНЫҢ ХИМИЯЛЫҚ ҚҰРАМЫ

Пәндер