Фотоэффект құбылысы. Физика, 9 сынып, презентация.

Фотоэффект құбылысы

Осы сабақта қол жеткізілетін оқу мақсаттары

9.6.1.3 фотоэффект құбылысын сипаттау және фотоэффект құбылысының техникада пайдаланылуына мысалдар келтіру;

Бағалау критерийлері

Фотоэффект құбылысына дұрыс анықтама береді

Эйнштейн формуласын есептер шығаруда қолданады

Фотоэффект

Жарықтың бөлшектердің (кванттық) табиғаты туралы дәлелдер.

Фотоэффект

20-шы ғасырдың айналасында фотоэлектрлік әсер деп аталатын әсер толқындық модельді қолдануды түсіндірді.

Oh no!

Фотоэффект

Теріс зарядталған алтын жалатылған электроскоптағы жапырақ ультракүлгін сәуле арқылы сәулелендірілген электроскоптың жоғарғы жағында тұратын мырыш тақтасы баяу құлап түсетіні анықталды.

Ультрафиолет жарық

Мырыш тақтасы

Алтын жалпақ электроскоп (теріс зарядталған)

Фотоэффект

Бұны жарық сәулелендіргенде мырыш шығаратын электрондар түсіндіреді. Бұл шығарылған электрондар фотоэлектрондар деп аталады.

e-

Фотоэффект

Күрделі аппаратура көмегімен әрі қарай зерттеу қызықты ерекшеліктерді көрсетті:

A

+

-

-

+

Жарық көзі

фототок

Фотоэлектрлік әсерді модельдеу есептері

Сұрақтарға жауап беру үшін парақты пайдаланып, осы PHET модельдеуін құралына кіріңіздер.

http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric

Фотоэффект құбылысын түсіндіру

PHeT video

Фотоэффект

Электрондардың ағыны тоқтағанға дейін потенциалды қалпына келтіруге болады. Бұл тоқтату потенциалы деп аталады.

A

+

-

-

+

Light source

Vs

Stopping potential

Қызықты мәліметтер

1. Әрбір металл үшін жарықтың қаншалықты қарқындылығына қарамастан электрондардың бөлінуіне жол бермейтін, белгілі бір жарық жиілігі (шекті жиілік) бар.

K.E. of emitted electrons

Frequency

Threshold frequency (fo)

Қызықты мәліметтер

2. Шығарылған фотоэлектрондардың саны (фото тогы) жарықтың қарқындылығына байланысты.

3. Тоқтату потенциалы тек жарық жиілігіне байланысты.

Қиындықтар

Классикалық физиканы пайдалана отырып, ешқандай электрон шығарылмайтын шекті жиіліктің неге екенін түсіндіре алмадық. Әрине, егер жарық өте қарқынды болса, онда электрондар кез-келген жиіліктен құтылу үшін жеткілікті қуат алады ма? Сондай-ақ, неліктен кешігу болмады?

Менің теориям бұзылғандай көрінеді!

Қиындықтар

Классикалық физика, неге шығарылатын электрондардың саны жиіліктен емес, қарқындылығына байланысты екенін түсіндіре алмады.

Мен көмектесе алатын біреуді білемін.

Max Planck 1858 - 1947

Эйнштейн құтқаруға (тағы да!)

Эйнштейннің айтуынша, жарық жарықтандырылған (яғни жарық кванта немесе фотонды деп аталатын энергияның кішкентай пакеттерінде келеді). Бұл Макс Планктің жұмысына негізделген, ол алғаш рет бұл идеяны қолданған (планкт өзінің қара материяның «қисынының» салдарын түсінбесе де), қара сәулеленуді түсіндірді.

Фотон энергиясы

Фотонды энергия келесі формула бойынша беріледі (ол Planck пайдаланған):

E = hf

онда E - фотонды (Joules) ішіндегі энергия, h - Планктын тұрақты (6.63 x 10-34 Js), f - Герцтегі жиілік.

Бұл фотоэлектрлік әсердің бақылауын түсіндіруге қалай көмектеседі?

Шекті жиілік

Металл бетіндегі электрон жарық энергиясының индустриалды фотонды жарықтан сіңіп кетуі мүмкін. Жиілік жеткілікті жоғары болса, электрон металлдан құтылу үшін жеткілікті қуат алады. Тіпті бір фотонды (өте төмен қарқындылық) болса да, электрон қашып кете алады. Осылайша әсер ету қабілеті жарықтың жиілігіне байланысты болады. Металлға миллиондаған фотонды энергияның төмендеуі себеп болса да, электрон ешқашан фотоннан қуат алу үшін жеткілікті энергияны ала алмайды.

Photons

Free electrons

Мұнда фотонды энергиясы электрондардың қашуына қажетті минимумнан аз - электрондар жоқ

Metal

Photons

Free electrons

Фотонды энергия электрондардың қашуына қажетті минимумдан көп - фотоэлектрондар кинетикалық энергияның ауқымында максималды мәнге дейін шығарылады.

photoelectron

Metal

Photons

Free electrons

Фотонды энергия шығарындыларды шығару үшін жеткілікті үлкен. Нөлдік кинетикалық энергиямен фотоэлектрондар шығарылады (!).

photoelectron

Metal

Шығу жұмысы (Ф)

Осылайша, фотонды энергиясының кейбіреулері электронды (Ф) алып тастау үшін қажет, ал кез-келген артық кинетикалық энергия (Emax) болады.

E = hf = Ф + Emax

Emax = hf - Ф

Шығу жұмысы (Ф)

Work function (Ф)

Emax = hf - Ф

f

Emax

fo (threshold frequency)

-Фo

gradient = h

Есте сақтаудың маңызды кестесі

Шығу жұмысы (Фжәне шектік жиілік (fo)

Emax = hf - Ф

Шектелген жиілікте шығарылған электрондардың КЭ нөлге тең

Ф = hfo

Тоқтау потенциалы (Vs)

Еске сала кетейік, электрондарды қозғалысқа қарсы тұру үшін ықтимал айырмашылықты қолдану арқылы тоқтатуға болады (тоқтату потенциалы). Мәселен

Emax = eVs (= ½mv2)

мұндағы V - тоқтату потенциалы, ал e - электрондағы заряд.

Нобель сыйлығы

Эйнштейннің түсіндірмесі экспериментальды бақылаулармен әдемі болды және соңында 1916 жылы Эйнштейннің фотоэлектрлік әсер үшін физика бойынша Нобель сыйлығын алған Роберт Милликан (Эйнштейннің формулаларын тексеру үшін жеткілікті дәлдікпен эксперимент жасаған эксперимент) .

Мысал

Толқындардың ұзындығы 300 нм натрий беткейіне әсер етеді (жұмыс функциясы 3,0 х 10-19 Дж). Беттерден шығатын электрондардың максимум кинетикалық энергиясын есептеңіз. (c = 3.0 x 108 мс-1 және h = 6.63 x10-34 Джс)

Мысал

hf = Ф + Emax

f = c/λ so

hc/λ = Ф + Emax

Rearranging and substituting;

Emax = 6.63 x 10-34 x 3.0 x 108 – 3.0 x 10-19 = 3.7 x 10-19 J

3.0 x 10-7

An example

Сондықтан натрийден шығаратын электронның максималды кинетикалық энергиясы 3,7 х 10-19 Дж. құрайды.

Атомдық физикада жиі электронвольтте энергияның бар екенін ұмытпаңыз. Электрондық вольт - бұл п.д. арқылы өтетін электронға берілген энергия. 1 вольтты (= эВ = 1,6 х 10-19 Дж). Осылайша, жауап 2.3 эВ ретінде көрсетілуі мүмкін)

Есептер шығару (ағылшын тілінде)