IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Данная статья посвящена рассмотрению такого физического явления как фотоэффект. Анализ этого явления привел к представлению о световых квантах и сыграл чрезвычайно важную роль в развитии современных теоретических представлений о природе света.

К сожалению, в школьной программе на изучение фотоэффекта отводится очень мало времени, а ведь это один из важнейших разделов квантовой физики и его изучение дает возможность понять принцип работы многих современных приборов и технических устройств.

Во всех рассмотренных учебниках на изучение темы «Фотоэффект» отводится всего один час. В процессе изучения этого явления предполагается использовать план обобщенного характера о явлении, разработанный А.В. Усовой.

План изучения явлений:

1. Внешние признаки явления (признаки, по которым обнаруживается явление).

2. Условия, при которых протекает (происходит) явление.

3. Сущность явления, механизм его протекания (объяснение явления на основе современных научных теорий).

4. Определение явления.

5. Связь данного явления с другими (или факторы, о которых зависит протекание явления).

6. Количественные характеристики явления (величины, характеризующие явление, связь между величинами, формулы, выражающие эту связь).

7. Использование явления на практике.

8. Способы предупреждения вредного действия явления на человека и окружающую среду [6].

Предлагаю следующую структуру изложения темы о фотоэффекте, которая отражает все основные элементы, которые нужно знать о фотоэффекте:

1. Опыты Г. Герца. Открытие явления «фотоэффект» - рассмотреть принципиальную схему установки для исследования фотоэффекта и сделать вывод, что длина искры в разряд­нике становится больше при попадании на его металлических электродов света от искры второго раз­рядника. Введение определения фотоэффекта.

Авторы учебников физики приводят различные определения фотоэффекта. Например:

• фотоэффект - это вырывание электронов из вещества под действием света [3];

• фотоэффект - явление вырывания электронов из твердых и жидких тел под действием света [4];

• фотоэффект - это явление вырывания электронов из твердых и жидких веществ под действием света [2].

Изучив учебники по физике Г.Я. Мякишева, А.А. Пинского и В.А. Касьянова и рассмотрев структуру изложения темы «Фотоэффект» в данных учебниках, можно сделать следующий вывод: наиболее подробно, понятно и красочно изложен материал в учебнике В. А. Касьянова [2].

1. Опыты А. Г. Столетова. Изучение устройства и работы установки Столетова. Прийти к выводу о том, что фототок через гальванометр больше всего увеличивается при освещении UF лучами, сила фототока является пропорциональной интенсивности освещения, и под действием света высвобождаются лишь отрицательные заряды. Демонстрация фотоэлектрического эффекта на установке с цинковой пластинкой.

2. Законы «фотоэффекта», экспериментально установленные А.Г. Столетовым. Формулировку законов предлагаю взять из учебного пособия Д.В. Сивухина, на мой взгляд, в этом учебники они более понятно объясняются [5].

Первый закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия вырванных электронов линейно зависит от частоты освещающего света и не зависит от его интенсивности. Интенсивность оказывает влияние только на количество вырванных электронов, но совсем не влияет на их максимальную кинетическую энергию. Любопытно, что тангенс угла наклона прямой к оси частот  равен постоянной Планка h. Это дает новый метод измерения постоянной Планка.

Второй закон фотоэффекта: существует низкочастотная граница (порог) фотоэффекта, т.е. такая частота , ниже которой фотоэффект не наблюдается. Она зависит от состава облучаемого тела и состояния его поверхности.

В самом деле, представим работу выхода в виде

, где - положительная постоянная, и получим формулу:

.

При  < правая часть отрицательна. А это невозможно, так как левая часть существенно положительна. Следовательно, при  < «фотоэффект» невозможен. Частота и есть низкочастотная граница фотоэффекта. Существование такой границы совершенно непонятно с волновой точки зрения [5].

1. Теория «фотоэффекта». Объяснение «фотоэффекта» А. Эйнштейном, который развил идеи М. Планка о прерывистом испускании света.

Считаю удачным подбор задач после параграфа, который предлагает В.А. Касьянов [2]: на нахождение кинетической энергии электрона, красной границы «фотоэффекта», задерживающей разности потенциалов для фотоэлектронов.

На изучение темы фотоэффекта предлагаю выделить, помимо одного часа теории, еще час на лабораторную работу для более понятного и наглядного представления школьникам явление «фотоэффект» – «Изучение законов внешнего фотоэффекта». Суть лабораторной работы заключается в построении графика зависимости фототока от напряжения и в установлении причины, почему число фотонов синего светофильтра, попадающих на фотоэлемент, будет меньше числа «красных» фотонов.

Фотоэлектрические явления нашли огромное применение в технике; их использование позволило осуществить звуковое кино, телевидение, видение в темноте и т. д. Поэтому фотоэлектрический эффект представляет интерес не только как явление, изучение которого сыграло особую роль в установлении правильного взгляда на природу света, но и для инженерной практики.

Фотоэлементы находят очень широкое применение в производстве: счет деталей на конвейере, сортировка деталей и для других автоматических и телемеханических установок, на транспорте, в военной технике, для передачи изображений по телеграфу, в звуковом кино [1].

Итак, рассмотрев и изучив учебный материал о фотоэффекте в школьных учебниках физики для 11 классов представила общую структуру изложения темы. Такая структура позволяет школьникам в полном объеме изучить материал о таком физическом явлении, как «фотоэффект».

Библиографический список:

1. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. В 3 т. Оптика, физика атомов и молекул, физика атомного ядра и микрочастиц. – 4-е изд. – М.: Наука, 1970. – 496 с.

2. Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: учебн. для общеобразоват. учреждений. – 8-е изд., доработанное. – М.: Дрофа, 2011. – 452 с.

3. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика: учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений ­– 23-е изд. – М.: Просвещение, 2014. – 399 с.

4. Пинский А.А., Кабардин О.Ф. и др. Физика: учеб для 11 кл. шк. и кл. с углубл. изучением физики. – 12-е изд. – М.: Просвещение, 2011. – 416 с.

5. Сивухин Д.В. Общий курс физики: учеб. пособие для вузов. В 5 т. Атомная и ядерная физика. – 3-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. – 784 с.

6. Усова А.В., Бобров А.А. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики. – М.: Просвещение, 1988. – 112 с. – (Б-ка учителя физики).

5

Код для цитирования: Скопировать