2 Питання

Вивчивши певну тему або розділ, для систематизації знань треба провести узагальнююче повторення. Багатьом явищам властиві спільні риси. їх і треба узагальнити, систематизувати.

Звертаємо увагу на те, що узагальнююче повторення не мож­на ототожнювати з уроком перевірки знань. Звичайно, до уроку такого повторення учні повинні готуватись, але метою його має бути узагальнення.

Для досягнення тісного зв'язку між окремими питаннями курсу, створення системи знань і умінь необхідна додаткова робота вчителя і учнів, здійснювана на спеціально для цього відведених заняттях — уроках систематизації і узагальнення учбового матеріалу. Форми роботи на таких уроках можуть бути різноманітними: підсумкові бесіди, оглядові лекції, рішення комбінованих задач, проглядання учбових і науково-популярних фільмів, спеціальних підсумкових учбових телепередач, проте на всіх заняттях даного типу вчитель повинен прагнути привести знання школярів в струнку систему, встановити нові зв'язки між відомими учням фактами.

Урок повторення і узагальнення матеріалу повинен характеризуватися також внесенням до нього елементів нових знань про вже вивчені явища. Наприклад, при повторенні видів самостійного розряду в газах можна вказати на те, що останніми роками тліючий розряд широко застосовується в газових лазерах.

У основу узагальнення і угрупування матеріалу при повторенні слід покласти основні фізичні характеристики явищ або способи їх опису. В курсі фізики є розділи, об'єднуючі фізичні явища різної природи однаковим способом їх наукового опису; такий, наприклад, розділ «Коливання і хвилі». Урок повторення і узагальнення знань по цьому розділу можна побудувати по такому плану: спочатку в ході бесіди повторити визначення основних понять і величин (амплітуда, зсув, період, рівняння коливань і т. д.), кожного разу з'ясовувавши, який сенс вкладається в те або інше визначення, у разі коливань різного роду; потім перейти до коментованого рішення задач із застосуванням цих понять і закономірностей.

Задача вчителя передати знання про фізичну картину світу на сучасному етапі учням, тому в шкільну програму входять такі основні фундаментальні теорії: механіка (закони Ньютона, матеріальна точка, швидкість, переміщення ), електродинаміка (закон Мєндєлєєва-Клапейрона, Ома, електромагнітне поле), оптика(корпускулярно-хвильовий дуалізм, точкове джерело, абсолютно чорне тіло), молекулярна фізика (ідеальний газ, робота, енергія), елементи теорії відносності(швидкість світла, точка відліку), атомна фізика (постулати Бора, планетарна модель атома).

3 Питання

8 білет

1 Питання

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 хвилі  не 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 світла  монотонно спадає до 0 на довгохвильовій границі , то такий фотоефект називають нормальним (див. мал. 184 (а)) У тому випадку, коли фотострум насичення , як функція довжини хвилі  має 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 виконати роботу 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 енергії  можна 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)

К рім однофотонного фотоефекта можливі багатофотонні фотоефекти, коли під дією лазерного електромагнітного випромінювання електрон поглинає декілька фотонів і виходить за поверхню металу.