- •Поступати Ейнштейна
- •Перетворення Лоренца
- •Релятивістська форма 2 закону Ньютона
- •3.Розвиток мислення учнів на уроках фізики. Активізація пізнавальної діяльності учнів.
- •6.Зміст і методика вивчення теми «Закони ідеального газу».
- •8.Тверді тіла. Аморфні і кристалічні тіла. Класифікація кристалів за типом зв’язків. Теплоємність кристалів за Ейнштейном і Дебієм. Рідкі кристали. Кристалічні тіла
- •Класифікація кристалів за типом зв’язків.
- •Аморфні тіла
- •Теплоємність кристалів.
- •Рідкі кристали.
- •9. Методика вивчення механічних коливань і хвиль в старшій школі
- •12 Науково-методичний аналіз теми «Механічний рух» в курсі фізики другого ступеня.
- •18.Науково-методичний і методологічний аналіз основних питань теми «Основні положення мкт» у курсі фізики. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.
- •Основне рівняння мкт.
- •Рівняння стану ідеального газу.
- •Перше начало термодинаміки
- •11.Опис стану частинки за допомогою квантових чисел. Спін. Стан електрона в одно- та багатоелектронному атомі. Періодична система елементів д.І.Менделєєва.
- •64.Скласти фрагмент конспекту уроку-лабораторної роботи «Складання електромагніту і випробування його дії».
- •77.Гравітаційне поле. Задача Ньютона. Закон всесвітнього тяжіння. Досліди Кавендіша. Інертна і гравітаційна маса. Гравітаційне поле
- •Закон всесвітнього тяжіння
- •Дослід Кавендіша:
- •Маса тіла
- •14.Класифікація елементарних частинок. Закони збереження і межі їх застосування. Елементарні частинки і фундаментальні взаємодії.
- •Класифікація елементарних частинок
- •Типи взаємодії
- •17. Електромагнітні коливання. Коливальний контур. Власні, вільні і вимушені коливання. Генерація незатухаючих електромагнітних коливань.
- •20.Закони збереження у фізиці. Закон збереження імпульсу
- •Закон збереження енергії в механіці.
- •Закон збереження моменту імпульсу
- •31.Поляризація світла. Поляризація при відбиванні від діелектрика. Закон Брюстера і Малюса. Поляризаційні прилади та їх застосування.
- •33.Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду. Природа альфа-, бета- і гама-випромінювання. Дозиметрія і захист від випромінювання.
- •35.Магнітне поле в речовині. Діа-, пара- і феромагнетики та їх магнітні властивості на основі електронної теорії речовини.
- •38 Науково-методичний і методологічний аналіз основних питань теми «Хвильова оптики». Формування поняття «корпускуолярно-хвильовий дуалізм».
- •41.Фотоефект і його застосування.
- •18.9. Ефект Комптона
- •42 Диференціація навчання фізики: педагогічна доцільність можливі форми. Профільне і поглиблене вивчення фізики.
- •43.Дві основні задачі динаміки точки. Принцип причинності в класичній механіці. Принцип відносності Галілея. Поняття про неінерціальні системи відліку.
- •Кінематика матеріальної точки
- •Система відліку.
- •Перетворення Галілея
- •44 Робота вчителя фізики як дослідника. Вивчення рівня знань, умінь і навичок учнів з фізики.
- •Циркуляція намагнічування. Вектор напруженості магнітного поля
- •Магнітне поле в речовині. Діа-пара- і феромагнетики та їх властивості
- •49.Постулати і принципи квантової механіки. Хвильова функція. Рівняння Шредінгера. Властивості стаціонарних станів. Частинка в потенціальній ямі.
- •Фундаментальні експерименти в шкільному курсі
- •Статистичне тлумачення другого закону термодинаміки
- •53.Температура і методи її вимірювання. Поняття температури в статистичній фізиці і термодинаміці.
- •Базовий навчальний план
- •Старша школа
- •56.Ідеальний газ ферміонів. Статистика Фермі-Дірака теплоємності речовин.
- •Класифікація елементарних частинок
- •Типи взаємодії
- •26.Ядерні сили та їх властивості. Моделі ядра. Ядерні реакції поділу і синтезу. Ланцюгова реакція. Ядерна енергетика і екологія. Проблеми термоядерних реакцій
- •36.Контроль знань учнів з фізики. Методи і форми контролю.
- •I рівень - репродуктивний:
- •II рівень - теоретичний:
- •III рівень - практичний:
- •IV рівень - творчий:
- •2.Перевірка знань учнів покликана встановити рівень засвоєння знань учнями, міцність і дієвість умінь і навичок.
- •I рівень - репродуктивний:
- •II рівень - теоретичний:
- •III рівень - практичний:
- •IV рівень - творчий:
- •5. Останнім часом набувають ваги нетрадиційні способи контролю:
- •1. Тести - підбірка питань і коротких задач, об'єднаних спільною темою або метою;
- •2. Програмований контроль - машинний і безмашинний.
- •Хід уроку.
- •Задачі, розв'язувані на уроці
- •V Домашнє завдання
- •58.Скласти фрагмент конспекту уроку з теми «Агрегатні стани речовини» (актуалізація опорних знань).
- •61.Скласти фрагмент конспекту уроку з теми «Способи зміни внутрішньої енергії тіла» (пояснення нового матеріалу.
- •72.Проблемне навчання фізики. Логіка проблемного уроку.
- •52.Критерії оцінювання навчальних досягнень учнів під час розв`язування задач з фізики.
- •66.Фізика як навчальний предмет. Аналіз можливих систем побудови шкільного курсу фізики.
41.Фотоефект і його застосування.
Явище звільнення електронів з речовини при освітленні її світлом називається фотоелектричним ефектом (фотоефектом). Розрізняють зовнішній і внутрішній фотоефект. При зовнішньому фотоефекті електрони звільняються світлом з поверхневого шару речовини і переходять в інше середовище або у вакуум.
При внутрішньому фотоефекті відбувається перерозподіл електронів за енергетичними станами в конденсованих середовищах при поглинанні ними світла. У цьому випадку електрична нейтральність тіла не порушується.
Енергія поглинутого фотона може витрачатись на відрив електрона від атома всередині металу. Відірваний електрон взаємодіятиме з іншими атомами металу, втрачаючи свою енергію, яка буде йти на зміну внутрішньої енергії тіла, тобто на його нагрівання. Електрон, який вилітає з металу, матиме максимальну кінетичну енергію тоді, коли всередині металу він був вільним, тобто не зв'язаним з атомом, і при вилітанні за межі металу не витрачав енергію на тепло. У цьому випадку кінетична енергія електрона витрачається тільки на подолання затримуючих сил, які діють у поверхневому шарі металу, тобто на роботу виходу. Припустимо, що електрон одержав кінетичну енергію при зіткненні тільки з одним фотоном.
Фотоефект
| |
|
|
Зовнішній фотоефект. Явище зовнішнього фотоефекта відкрив у 1887 році Г.Герц. Досліджуючи іскровий розряд між двома зарядженими кулями, він виявив, що розряд починається при менших зарядах куль, якщо їх освітлювати ультрафіолетовими променями. Це явище виникає завдяки випусканню освітленою поверхнею твердого тіла або рідини електронів. Систематичне дослідження фотоефекта провів в 1888-89 роках А.Г.Столетов. На схемі К - катод, А - анод, - світловий потік, е - фотоелектрон. При падінні світла на катод, із нього вилітають електрони і в електричному колі виникає струм. Залежність величини струму від прикладеної до електродів напруги (вольт-амперна характеристика) подана на мал. 183. В результаті досліджень вольт-амперної характеристики фотоефекта, А.Г.Столетов установив такі закономірності.
1) максимальна початкова швидкість фотоелектронів визначається лінійною залежністю від частоти світла і не залежить від його інтенсивності.
2) для кожної речовини існує своя довгохвильова (червона) границя світло з довжиною хвиліне викликає фотоефект.
| |
|
|
3) існує струм насичення вольт - амперної характеристики фотоефекта, який пропорційний інтенсивності падаючого випромінювання, тобто число фотоелектронів пропорційне числу падаючих квантів світла.
Останні дві закономірності вказують на квантовий характер явища.
Якщо фотострум насичення , як функція довжини світламонотонно спадає до 0 на довгохвильовій границі, то такий фотоефект називають нормальним (див. мал. 184 (а)) У тому випадку, коли фотострум насичення, як функція довжини хвилімає максимум на деякій довжині хвилі, то такий фотоефект називається селективним (див.б)). При цьому величина струму насичення залежить від поляризації світла та кута падіння. Селективний фотоефект спостерігається у калію К, натрію Na, а також у їх сплаві з.
Внутрішній фотоефект. Крім описаного вище зовнішнього фотоефекта існує ще й внутрішній фотоефект, при якому електрони, залишаючись у речовині, змінюють у ньому свій енергетичний стан. Так, у напівпровідниках і діелектриках частина електронів під дією світла з валентної енергетичної зони переходить у зону провідності. При цьому збільшується електропровідність речовини. Таке явище називають фотопровідністю. Зміна енергетичних станів електронів (їхній перерозподіл) може привести до зміни внутрішнього електричного поля в кристалі і, як результат цього, до появи ЕРС, називаної фото-ЕРС. На границі двох різних напівпровідників чи напівпровідника й металу утвориться перехідний шар, що пропускає струм тільки в одному напрямку. При опроміненні цієї границі світлом, фотоелектрони створюють струм. У газах явище фотоефекта полягає у фотоіонізації, при якій відбувається іонізація атомів і молекул під дією випромінювання.
Фотоефект знайшов широке застосування в різних технічних пристроях: фотоелементах, фотоопорах, фотодіодах, фотоелектронних помножувачах та ін.
Квантова теорія фотоефекта Ейнштейна
а. Робота виходу. При Т>0 К, за рахунок кінетичної теплової енергії ~кТ, вільні електрони мають можливість відриватися від поверхні кристала. При цьому його кінетична енергія перетворюється у потенціальну енергію електричної взаємодії з додатньо зарядженою решіткою. Під дією кристалічного поверхневого поля, електрон повертається усередину кристала. За деякий час установлюється динамічна рівновага між кількістю електронів, що вийшли із кристала за його поверхню, і числом електронів, що повернулися усередину кристала, під дією кулонівських сил. Така рівновага підтримує над поверхнею кристала електронну хмарку із середнім зарядом q- та потенціалом . Рівночасно на поверхні кристала індукується некомпенсований додатний заряд та потенціал іонів кристалічної решітки тої ж величини, що й в електронної хмарки - q+, . Таким чином над поверхнею кристала створюється подвійний потенціальний бар’єр для електронів, що знаходяться усередині металу. Справді, для того, щоб такий електрон вилучити із середини кристала за поверхню, необхідно виконатироботу виходу проти кулонівських сил тяжіння заряду , та сил відштовхування зарядом. Ця робота дорівнює
, (1)
де поверхнева різниця потенціалів.
Рівняння Ейнштейна для фотоефекта. Ейнштейн установив, що в елементарному акті фотоефекта відбувається взаємодія електрона з квантом світла, у результаті чого електрон може поглинути квант, збільшуючи свою кінетичну енергію. За рахунок цієї, додаткової до теплової, енергії поглинутого кванта, електрон може виконати роботу виходу А з речовини. Енергетичне рівняння виходу електрона з речовини за Ейнштейном має вигляд
. (2)
У формулі (2), записаній для фотоелектрона, енергія поглинутого електроном кванта, А робота виходу, V швидкість виходу електрона з металу. Формула (2) пояснює 1-й та 2-й закони Столетова. Виходячи з природи виникнення фотоелектронів, можна стверджувати, що їх кількість пропорційна числу падаючих квантів світла, що і є поясненням 3-го закону Столетова. Величину залишкової кінетичної енергіїможна визначити, якщо створити гальмуюче рух електрона електричне поле. При цьому, величина затримуючої напруги, при якій зникає фотострум, визначає роботу поля по гальмуванню електрона і тому(3)
Крім однофотонного фотоефекта можливі багатофотонні фотоефекти, коли під дією лазерного електромагнітного випромінювання електрон поглинає декілька фотонів і виходить за поверхню металу.