Методическая разработка урока «Фотоэффект»

Министерство образования и науки Пермского края

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«ПЕРМСКИЙ ТЕХНИКУМ ОТРАСЛЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

РАССМОТРЕНО

Председатель МО « естественно-математических дисциплин»

_________________ Покровская В.В.

«5» декабря 2016 года

 

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ОТКРЫТОГО УРОКА

Тема «Фотоэффект»

Преподаватель: Белева А.А.

профессия «Мастер отделочных работ», группаОТ-915

Общеобразовательный цикл

Базовая дисциплина

 

Методическая тема «Инициативного педагогического общества»: формирование и развитие предметных, метапредметных и личностных образовательных результатов на дисциплинах общеобразовательного цикла в контексте среднего профессионального образования.

 

Пермь, 2017

 

Оглавление

 

Аннотация

Методическая разработка учебного занятия «Фотоэффект» предназначена для проведения урока в группах технического профиля. Материал урока соответствует требованиям ФГОС третьего поколения.

Актуальность данной разработки состоит в том, что она позволяет продемонстрировать технологию проблемного обучения, которая считается наиболее приемлемой в условиях реализации требований ФГОС. Кроме того, благодаря использованию на уроке текстов содержащих метапредметную информацию, обучающиеся смогут расширить представление о практической значимости физических открытий.

Использование на уроке листов рабочей тетради позволяет экономить время, отведенное преподавателем на том или ином этапе урока.

На первом этапе учебного занятия (организационно-мотивационный) формируются регулятивные универсальные действия: умение постановки цели урока, прогнозирование. На втором этап учебного занятия (творческое применение и добывание знаний) - формируются:

• умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;

• владение монологической и диалогической формами речи;

• умение анализировать и структурировать информацию .

На третьем этапе (представление результатов работы) – формируются логические действия: анализ, обобщение, сравнение, поиск, сопоставление;

и коммуникативные универсальные действия.

На четвертом этапе (рефлексия) формируется умение производить анализ проведенного учебного занятия.

Данное учебное занятие целесообразно проводить в виде самостоятельная работа с текстовым документом, так как данный вид учебного занятия позволяет реализовать некоторые конкретные физические задания - проведения самостоятельных физических исследований при работе с текстом метапредметного содержания, однако на уроке открытия новых знаний такая форма, как урок-семинар не приемлема.

На уроке используются различные методы: дискуссия, частично-поисковый, беседа эти методы позволяют оживить предмет,   эмоционально включиться студентам вход учебного занятия и обсудить проблему, требующую неоднозначного решения.

Воспитательная направленность учебного занятия способствует формированию взаимоуважения, самоконтроля. Учебное занятие предусматривает продуктивную работу студентов с любым типом мышления и умения работать с программой Notebook.

 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УЧЕБНОГО ЗАНЯТИЯ.

1.Тема учебного занятия: « Фотоэффект »

2.Место и роль учебного занятия в изучаемом разделе: урок № 151 в разделе «Элементы квантовой физики»

3.Методическая цель учебного занятия: «организовать проблемную ситуацию по обсуждению вопроса о физическом явлении фотоэффект».

4.Деятельностная цель урока (работает на метапредметный результат): а) формирование у учащихся умений:

аргументировать свои предположения при формулировании цели и понятия физического явления при анализе проблемной ситуации;

проводить различия между фактами и предположениями;

б) создать условия для формирования умений структурировать, анализировать информацию

5. Содержательная цель учебного занятия (ориентирована на предметный результат): обеспечить освоение обучающимися природы явления фотоэффекта, его закономерностях и видах.

Тип урока: урок открытия новых знаний

Вид урока: проблемный

Форма урока:самостоятельная работа с текстовым документом

Формы организации учебной деятельности: индивидуальная, фронтальная.

Для подготовки данной разработки были использованы материалы с сайтов:

http://fb.ru/article/48477/primenenie-fotoeffekta-vezde-i-mnogo

 http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN/Квантовая оптика. Атомная и ядерная физика. Физика элементарных частиц/02-1.htm

http://bib.convdocs.org/v32927/фотоэффект

http://fb.ru/article/48477/primenenie-fotoeffekta-vezde-i-mnogo

Литература:

1.Рабочая программа по физике для квалифицированных рабочих технического профиля 2015 г

2.Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Крючков Ю.Ю. Физика. Ч.3. Оптика. Квантовая физика (Атомная физика): Учебное пособие – Томск: Изд-во ТГУ, 2005.

 

Задачи урока и результаты урока:

 

 

Заключение.

Методическая разработка учебного занятия « Фотоэффект» представленная в виде проблемного урока - самостоятельная работа с текстовым документом, позволяет обучающимся: продемонстрировать:

умение прогнозировать события;

умение соотносить известные и неизвестные факты;

умение выражать свои мысли;

умение сравнивать и делать вывод.

умения работать с программой Notebook

Приложение 1

Разгадай ребус и отгадай ключевое слово , которое является названием темы нашего урока:

 

,,

Приложение 2

История открытия фотоэффекта.

Квантовая теория света подтверждается многочисленными фактами, в частности таким явлением как фотоэффект.

Фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом) называется разрыв связей (полное или частичное) между электронами и атомами (молекулами) в веществе под воздействием какого-либо электромагнитного излучения. Различают фотоэффект внешний и внутренний (разновидностью внутреннего фотоэффекта является вентильный фотоэффект).

Внешний фотоэффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г.Герцем. Г. Герц при изучении электрических разрядов в разреженных газах обнаружил, что электрический разряд между электродами происходит при меньшем напряжении, если они освещаются ультрафиолетовым светом.

Однако его экспериментальные исследования были выполнены русским учёным А.Г.Столетовым, немецким физиком В.Гальваксом и итальянским учёным А.Риги. Именно он и назвал явление фотоэффектом.

В 1888 г. германский физик-экспериментатор Вильгельм Гальвакс обнаружил, что при облучении металла коротковолновым ультрафиолетовым излучением металл теряет отрицательный заряд, то есть наблюдается явление фотоэффекта.

 

В 1888 г. А.Риги выяснил, что внешний фотоэффект наблюдается в разнообразных твёрдых телах: металлах, полупроводниках, диэлектриках, а также в газах на отдельных атомах и молекулах (фотоионизация).

 

Принципиальная схема для исследования фотоэффекта приведена на рис. 1 и 2.

      Два электрода (катод К из исследуемого материала и анод А, в качестве которого Столетов применял металлическую сетку) в вакуумной трубке подключены к батарее так, что с помощью потенциометра R можно изменять не только значение, но и знак подаваемого на них напряжения. К каждому из дисков подводилось напряжение: к катоду отрицательное, к аноду положительное. Ток, возникающий при освещении катода монохроматическим светом (через кварцевое стекло), измеряется включенным в цепь миллиамперметром..

      В 1899 г. Дж. Дж. Томпсон и Ф. Ленард доказали, что при фотоэффекте свет выбивает из вещества электроны.

 

В 1873 г. американский инженер-электрик У (Уиллоуби) Смит обнаружил, что если воздействовать на селен электромагнитным излучением, то его электропроводность меняется, так был открыт внутренний фотоэффект.

Внутренний фотоэффект - это вызванные электромагнитным излучением переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате концентрация свободных носителей заряда внутри тела увеличивается, что приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика при его освещении) или к возникновению э.д.с. Разновидностью внутреннего фотоэффекта является вентильный фотоэффект.

Сущность вентильного фотоэффекта, или фотоэффекта в запирающем слое состоит в том, что вследствие внутреннего фотоэффекта возникает разность потенциалов вблизи контакта между металлом и полупроводником или между полупроводниками

Закономерности фотоэффекта

Первый закон внешнего фотоэффекта был установлен Филиппом Ленардом и Александром Григорьевичем Столетовым на рубеже 20 века. Эти ученые измеряли число выбитых электронов и их скорость в зависимости от интенсивности и частоты подающего излучения.

Первый закон фотоэффекта.

Количество выбитых светом электронов (фотоэлектронов) зависит от интенсивности светового потока

Интенсивность светового потока пропорциональна числу фотонов. С увеличением числа фотонов увеличивается число электронов, покидающих поверхность металла и создающих фототок. Следовательно, увеличивается сила тока.

Второй и третий закон фотоэффекта были открыты Эйнштейном в 1905 году.

Второй закон фотоэффекта

Максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

Энергия, которой обладает падающий на поверхность фотон, равна:

Е = h·ν,

где ν - частота падающего фотона; h - постоянная Планка.

Получив энергию Е, электрон совершает работу выхода Авых Остальная часть энергии - это кинетическая энергия фотоэлектрона.

Третий закон фотоэффекта 

Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света νmin (или максимальная длина волны λmax), при которой ещё возможен фотоэффект, и если ν˂ νmin, то фотоэффект уже не происходит.

Если частота фотона ниже νmin, его энергии будет недостаточно, чтобы «выбить» электрон из металла

Применение фотоэффекта.

Внешний фотоэффект нашёл применение в технике ещё в первой половине XX века. Это, конечно же, голос прежде немого кинематографа. Фотоэлемент позволяет превратить звук, «сфотографированный» на киноплёнке, в слышимый. Свет обычной лампы проходил через звуковую дорожку киноплёнки, изменялся и попадал на фотоэлемент (см. фото). Чем больше света проходило через дорожку, тем громче был звук в динамике. В неживой природе внешний фотоэффект проявляется миллионы лет в планетарных масштабах. Мощное солнечное излучение, воздействуя на атомы и молекулы земной атмосферы, выбивает из них электроны, то есть ионизирует верхние слои атмосферы.

Фотоэффект «работает» и в специальных светочувствительных приборах, таких как, фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы. Благодаря этому можно считать детали на конвейере или производить автоматическое включение и выключение различных механизмов (маяки, уличное освещение, автоматическое открывание дверей и др.).

Комбинация фотоэлемента и реле дает возможность конструировать много различных автоматов, способных «видеть». Один из них — автомат в метро. Он срабатывает (выдвигает перегородку), когда человек пересекает световой пучок, НЕ опустив монеты или жетона, либо не приложив проезжей карточки.

Подобные автоматы могут предотвращать аварии. На заводе фотоэлемент почти мгновенно останавливает мощный пресс, если рука человека попадет в опасную зону.

Повышение задымленности воздуха тоже приводит к срабатыванию фотоэлемента, сигнализирующего о критической ситуации. Использование фотоэлементов в обрабатывающих станках позволило добиться повышенной точности обработки деталей

В медицине применяют электронно-оптические преобразователи (разновидности фотоэлементов) для усиления яркости рентгеновского изображения, это позволяет значительно уменьшить дозу облучения человека. Если сигнал с ЭОП подать в виде развертки на телевизионную систему, то на экране телевизора можно получить «тепловое» изображение предметов. Части тела, имеющие разные температуры, различаются на экране либо цветом при цветном изображении, либо светом, если изображение черно-белое.

В аэронавигации, в военном деле широкое применение нашли фотоэлементы, чувствительные к инфракрасным лучам. Инфракрасные лучи невидимы, облака и туман для них прозрачны

Другой возможностью является применение фотоэффекта в качестве источника тока, или солнечных батарей. В подобных устройствах работа основана на вентильном фотоэффекте

Солнечные батареи позволяют получать электроэнергию без нанесения вреда экологии – солнце освещает поверхность батареи, и на выходе получается готовая к потреблению энергия.

На явлении внутреннего фотоэффекта основана работа фотосопротивлений.

Фотосопротивления применяются для сортировки массовых изделий по их размерам и окраске

Селеновые фотоэлементы имеют спектральную чувствительность, близкую к человеческому глазу, это открывает возможности использования их в автоматических системах и приборах вместо глаза как объективных приемников видимого диапазона света. Фотосопротивления из полупроводников используются в качестве детекторов инфракрасного излучения

В 2004 году японские исследователи создали новый тип полупроводникового прибора - фотоконденсатор, неразрывно соединяющий в себе фотоэлектрический преобразователь и средство хранения энергии. В преобразовании света новый прибор оказался вдвое эффективнее простых кремниевых солнечных батарей.

Приложение 3

Прочтите внимательно текст с описанием изучаемого явления и заполните листы рабочей тетради

Лист рабочей тетради.

1.Дополните предложение:

Фотоэффект – это разрыв связей (полное или частичное) между электронами и атомами (молекулами) в веществе под действием________________________

2. Заполните сравнительную таблицу:

 

3. Заполните пропуски в утверждениях и ответьте на поставленные вопросы:

Фотоэлемент-это устройство, преобразующее электромагнитную энергию в_____________________

Первый закон фотоэффекта: количество выбитых светом электронов (фотоэлектронов) зависит от _________________________________________

 

Второй закон фотоэффекта : максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов зависит от________________________

Третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует минимальная частота света νmin (или максимальная длина волны λmax), при которой фотоэффект

_____________________________________________________________

ВОПРОСЫ:

1.Условие фотоэффекта записывается в виде__________________________

2.От чего зависит красная граница фотоэффекта?

ОТВЕТ______________________________________________________________

3. Свет выбивает электроны из вещества, так как фотон обладает ________________

Приложение 4

 

Запишите в таблице свои предположения о теме урока, цели урока. Вначале урока (в колонке до, используя фразу: я думаю, что….., так как ….) и после того, как прочитаете текст (физическое явление ………, объясняющее квантовую природу света заключается в том, что………..)

 

Сравните содержание "До" и "После" и сделайте вывод:

Я прав ( не прав), так как________________________________________________

_______________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________