Поле чудес к уроку физики в 11 классе на тему «Фотоэффект. Характеристики фотона»

Автор: Макушкина Нурия Мухаматнуровна

Организация: МБОУ «СОШ №60»

Населенный пункт: Республика Татарстан, г. Набережные Челны

Игровые моменты на любой ступени обучения стимулируют познавательный интерес к предмету. Разработанный материал целесообразно применить в качестве закрепления знаний в форме решения задач, при подготовке к итоговому контролю по квантовой физике на базе теоретических знаний.

Игра направлена на достижение следующих целей: распознать и закрепить ключевые ситуации в решении задач по данной теме; развивать умение сравнивать, анализировать и делать выводы на основе изученного материала, совершенствовать математические навыки расчёта; прививать умения работать в команде, оказывать методическую помощь сверстникам, доказывать свою точку зрения. 

Во время организационного момента класс разбивается на 6 команд, учитывая уровень подготовки учащихся (наличие хотя бы одного сильного игрока в команде). На доске представлены пустые клетки, которые в процессе выполнения заданий заполняются разгаданными буквами ключевой фразы.

Каждая команда получает конверт с заданиями в виде расчётных задач различного уровня сложности и ключи с вероятными ответами. Учащиеся, консультируясь друг с другом в группах, в течение урока решают задачи с полным оформлением, что будет оценено в конце игры учителем на оценку. В ходе процесса при совпадении ответа решённой задачи с ответом в ключе учащихся, угадывается буква, номер клетки которой определяется ключом учителя. С каждой верно решённой задачей, узнав букву и соответствующий ей номер клетки, представитель команды вписывает букву разгадываемой фразы на доске.

После завершения работы вниманию класса раскрывается ключевая фраза, смысл которой также можно предложить разъяснить учащимся.

Ниже раскрывается содержание игры: задания командам, ключи учителя и учащихся, фраза-высказывание.

                                                   Задания 1 команды.

1. Красная граница фотоэффекта для вещества фотокатода 450 нм. При облучении катода светом с длиной волны λ фототок прекращается при напряжении между анодом и катодом 1,4 В.Определить длину волны падающего излучения λ в нм.
2. Длинноволновая (красная) граница фотоэффекта для серебра равна 0,26 мкм. Определить работу выхода для серебра в эВ.
3. Достаточна ли энергия фотона ультрафиолетового излучения частотой 8*10¹⁴ Гц, чтобы вырвать электрон из молибдена? Работа выхода для молибдена равна 7,0*10^-19 Дж.
4. Определить импульс и энергию кванта ультрафиолетового излучения, длина волны которого 20 нм.
5. Рубиновый лазер излучает в импульсе 2*10¹⁹ световых фотонов с длиной волны λ=694 нм. Чему равна мощность вспышки лазера, если длительность импульса 2*10^-3 с?

                                                              

                                                    Задания 2 команды.

1. При облучении катода светом с частотой 1,0*10¹⁵ Гц фототок прекращается при приложении между анодом и катодом напряжения 1,4 В. Найти частотную красную границу для вещества катода.
2. Работа выхода электрона из ртути 4,53 эВ. Возникает ли фотоэффект, если на поверхность ртути будет падать видимый свет?
3. Какую максимальную скорость могут получить вырванные из калия электроны при облучении его фиолетовым светом с длиной волны 420 нм? Работа выхода для калия равна 2 эВ. Ответ выразить в км/с.
4. Найдите энергию фотона для инфракрасных лучей ( 10¹² Гц). Ответ выразить в эВ.
5. Скорость фотоэлектронов никеля 645 км/с при облучении ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 200 нм. Определить работу выхода из металла.

 

Задания 3 команды.

1. Фотокатод облучают светом с длиной волны 300 нм. Красная граница фотоэффекта для вещества катода 450 нм. Какое напряжение нужно создать между анодом и катодом, чтобы фототок прекратился?
2. Определить импульс фотона и энергию в эВ красного излучения, длина волны которого 700 нм.
3. Натриевую пластинку облучают светом, длина волны которого 6,6*10^-8 м. Определите скорость фотоэлектронов, если работа выхода натрия равна 4*10^-19 Дж.
4. Определите длину волны света в нм, энергия кванта которого равна 3,6*10^-19 Дж.
5. Определить красную границу фотоэффекта для золота  в нм, если работа выхода электронов равна 4,59 эВ?

                                                      Задания 4 команды.

1. Какова максимальная скорость электронов, выбиваемых из металлической пластины светом с длиной волны 3*10^-7 м, если красная граница фотоэффекта 540 нм? Выразить в км/с.
2. На  сколько энергия фотона синего цвета (λ=480 нм) больше, чем красного (λ=670 нм)? Ответ выразить в эВ.
3. Найдите массу фотона видимого света, длина волны которого 5*10^-7 м.
4. Масса фотона 0,37*10^-35 кг. Определите длину волны фотона в нм.
5. Работа выхода электронов из цинка равна 4 эВ. Какова скорость фотоэлектронов при освещении цинковой пластины излучением с длиной волны 200 нм? Ответ в км/с.

 

 

Задания 5 команды.

1. В вакууме находятся два покрытых кальцием электрода, к которым подключен конденсатор ёмкостью 4000 пФ. При длительном освещении катода светом фототок, возникший вначале, прекращается, а на конденсаторе появляется заряд, равный 3,3*10^-10 Кл. Работа выхода электронов из кальция составляет 4,42*10^-19 Дж. Определите длину волны света в нм, освещающего катод.
2. Определить красную границу фотоэффекта в нм для калия, если работа выхода равна 2 эВ.
3. Длина волны красных лучей в воздухе 700 мкм. Какова длина волны этих лучей в воде.
4. Определите энергию фотона с длиной волны 300 нм в эВ.
5. Кинетическая энергия электрона, вылетающего из цезия, равна 2 эВ. Какова длина волны света, вызывающего фотоэффект, если работа выхода равна 1,8 эВ? Ответ в нм.                                                         

                                                Задания 6 команды.

1. Фотокатод, покрытый кальцием, освещается светом с длиной волны 300 нм. Работа выхода электронов из кальция 4,42*10^-19Дж. Вылетевшие из катода электроны попадают в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции этого поля и движутся по окружности с максимальным радиусом 4 мм. Каков модуль индукции магнитного поля?
2. Энергия фотона некоторого излучения равна 6*10^-19 Дж. Сделав расчёт, установите, вызывает ли оно световое ощущение у человека?
3. Определите длину волны в нм красной границы у алюминия, если фототок прекращается при отрицательном напряжении 4,25В.
4. Каким наименьшим напряжением полностью задерживаются электроны, вырванные ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 300 нм из вольфрамовой пластины, если работа выхода равна 7,2*10^-19 Дж?
5. Сколько фотонов в секунду испускает электрическая лампа накаливания, полезная мощность которой 100 Вт, если средняя длина волны излучения 600 нм?

Ключ учащихся.

Ответы	Буква
300 нм	е
6,6*1014   Гц	и
1,4 В	н
800 км/с	о
435 нм	к
1 мТл	р
4,76 эВ	б
Не возникнет ф/э	в
Возникнет ф/э	з
1,75 эВ; 9,4*10-28 кг*м/с	г
1,75 кг*м/с;  9,4*10-28эВ	ш
0,73 эВ	д
619 нм	а
Не вызовет ощущение	л
Вызовет ощущение	я
290 нм	м
Не достаточно энергии фотона	п
Достаточно энергии фотона	ф
570 км/с	с
2,4*106	т
0,44*10-35 кг	ц
526 мкм	ь
-0,375 В	у
10-17Дж; 3,3*10-26 кг*м/с	ю
3,3*10-26 Дж; 10-17 кг*м/с	ъ
3*1020	ч
2850 Вт	пробел
4,125*10-3эВ	пробел
5 эВ	пробел
550 нм	пробел
270 нм	пробел
600 нм	пробел
876 км/с	пробел
4,125 эВ	пробел
326 нм	пробел

 

                                                              Ключ учителя.

Ответы	Буква	Номера клеток
300 нм	е	2,11,28,36,41,43,47,64
6,6*1014   Гц	и	5,17,30,34,54
1,4 В	н	4,12,29,46,55,65,66
800 км/с	о	13,15,21,49,52,58,67
435 нм	к	19,31,57
1 мТл	р	3,20,42
4,76 эВ	б	48
Не возникнет ф/э	в	22,59
Возникнет ф/э	з	22,59
1,75 эВ; 9,4*10-28 кг*м/с	г	14
1,75 кг*м/с;  9,4*10-28эВ	ш	14
0,73 эВ	д	44,53
619 нм	а	7,32,56
Не вызовет ощущение	л	6
Вызовет ощущение	я	6
290 нм	м	25,35,50
Не достаточно энергии фотона	п	40
Достаточно энергии фотона	ф	40
570 км/с	с	68
2,4*106	т	38,69
0,44*10-35 кг	ц	63
526 мкм	ь	23,70
-0,375 В	у	9,26,60
10-17Дж; 3,3*10-26 кг*м/с	ю	37,61
3,3*10-26 Дж; 10-17 кг*м/с	ъ	37,61
3*1020	ч	1,10,27
2850 Вт	пробел	8
4,125*10-3эВ	пробел	16
5 эВ	пробел	18
550 нм	пробел	24
270 нм	пробел	33
600 нм	пробел	39
876 км/с	пробел	45
4,125 эВ	пробел	51
326 нм	пробел	62

 

Фраза: Чернила учёного и кровь мученика имеют перед небом одинаковую ценность.

 

Список литературы:

1. Физика. Дифференцированные контрольные работы. Ю.С. Куперштейн. Издательский дом «Сентябрь». Санкт-Петербург; 2005 г.
2. Сборник задач по физике. Г.Н. Степанова. Издательство «Просвещение». Москва; 1996 г.
3. Физика. ЕГЭ-2015. Демидова М.Ю. Издательство «Экзамен». Москва.
4. 11 класс. Контрольные работы в новом формате. И.В. Годова. «Интеллект-Центр». Москва; 2011 г.

 

 

Опубликовано: 30.01.2016