МБОУ СОШ№16 п.Красносельский,

Гулькевичский район, Краснодарский край

Раздел курса физики 11 класс

«КВАНТОВАЯ ФИЗИКА»

Интегрированный урок

«Химическое действие света»

(физика + биология)

Учитель физики: Левченко Е.П.

Цель урока: Раскрыть учащимся сущность химического действия света

Задачи:

обучающая:

Продолжить формирование знаний учащихся о природе света.

Представить ещё одно доказательство корпускулярной природы

света, используя межпредметные связи курсов физики и

биологии.

развивающая:

Развивать наблюдательность, воображение, память;

продолжить формировать умение обобщать теоретические

знания и делать выводы на их основе.

воспитывающая:

Воспитывать самостоятельность при решении проблем,

стремление познавать закономерности окружающей среды,

уважение к достижениям человечества;

расширить кругозор учащихся и мировоззрение.

Оборудование:

компьютер, красный фонарь, электр. лампа,

таблицы «Кванты», «Явление фотосинтеза»,

фотоплёнка с негативным изображением, фотографии.

Ход урока

I Вступление. Учитель физики:

Одним из интереснейших объектов изучения в курсе физики 11 класса яв-

ляется свет! Многое знаем! Мы рассмотрели как ведёт свет, что он представ-

ляет при распространении и что представляет собой свет при взаимодействии

с веществом, т.е. при излучении и поглощении.

Итак, вспомним



Какова же природа света?



Какие свойства света проявляются при распространении?



Какие свойства света проявляются при излучении и поглощении?

- Корпускулярно-волновой дуализм; т.е. свет – электромагнитные волны и по-

ток фотонов.

II Основное содержание

Итак, акцентируем внимание на том



Как ведёт себя свет при поглощении? (как поток частиц фотонов)



Какой энергией обладает фотон? ( Е = h

J

, где

J

– частота света)



Как эта энергия поглощается? ( Целиком).

В случае видимого и ультрафиолетового света этой энергии достаточно, что

бы расщепить многие молекулы. Часто после расщепления молекул → начи-

нается целая цепочка химических превращений. В этом и проявляется хими-

ческое действие света.

Свойства света

ВОЛНОВЫЕ

проявляюся при

распространении

КОРПУСКУЛЯРНЫЕ

проявляются при испу

скании и поглощении

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ

ДИФРАКЦИЯ

ПОЛЯРИЗАЦИЯ

ДИСПЕРСИЯ

ФОТОЭФФЕКТ

ДАВЛЕНИЕ СВЕТА

ХИМИЧЕСКОЕ

ДЕЙСТВИЕ СВЕТА

Расщепление молекул светом, при котором часто начинается целая цепочка

химических превращений – химич. действие света.

Рассмотрим некоторые примеры химического действия света в биологиче-

ских и физических процессах. Некоторые явления вы изучали в биологии, но

не знали о квантовой природе света. Сейчас я попрошу вас рассмотреть про-

цессы с квантовой точки зрения.

Учитель химии:

В результате действия света в некоторых веществах происходят химические

превращения – фотохимические реакции. При фотохимических реакциях мо-

лекулы

вещества

поглощают

фотоны

падающего

света,

в

результате

чего

происходят их химические превращения. Наиболее активными являются лучи,

обладающие короткой длины волны: синие, фиолетовые, ультрафиолетовые,

т.к. этим фотонам соответствует большая энергия.

1.

В некоторых случаях поглощение света вызывает разложение веще-

ства, например, при освещении паров брома молекула Вr

2

распадается

на два атома.

2.

Иногда свет инициирует процесс. Например, смесь водорода и хлора в

стеклянном сосуде в темноте может храниться долго без изменений.

Но стоит выставить сосуд на солнечный свет, как происходит не-

медленное соединение обоих газов в хлористый водород, сопровожда-

емое взрывом.

3.

Длительное химическое действие света мы наблюдаем при выцвета-

нии красок, которое состоит чаще всего в окислении красящего веще-

ства. Краски обесцвечиваются только в течении того времени, пока

они подвергаются воздействию света. (выцветают бумага, волосы).

4.

Реакции замещения у алканов с галогенами инициируются квантом

света в начале реакции, а затем взаимодействие идёт по цепному меха-

низму. Например, хлорирование метана идет в 4 стадии:

Сначала разрывается ковалентная связь в молекуле хлора …

СН

4

+ Сl

2

→ СН

3

Сl → СН

2

Сl

2

→ СНСl

3

→ ССl

4

5. Окисление кислородом воздуха раствора иодида калия.

( Опыт. В 2 одинаковых стаканчика наливаем раствор иодида ка-

лия подкисленный соляной кислотой. 1 – оставляем на свету, 2 – по-

мещаем в чёрный ящик. На свету раствор быстро желтеет)

4 КI + 2 Н

2

О + О

2

→ 4 КОН + 2 I

2

( можно составить электронный баланс)

Учитель биологии

1.

Химические реакции под действием света происходят в зелёных листьях

деревьев и травы, в иглах хвои, во многих микроорганизмах. В зелёном

листе под действием Солнца происходят необходимый для всей жизни

на Земле процесс фотосинтеза. Он даёт нам пищу и кислород для дыха-

ния.

Реакция фотосинтеза протекает с образованием углеводов и выделением

кислорода. Происходит это, как установил русский биолог К.А.Тимирязев, в

молекулах хлорофилла под действием солнечного излучения определённой

(красной) области спектра.

СО

2

+ Н

2

О + h

J

→ 1/6 (С

6

Н

12

О

6

) +

О

2

↑

Механизм фотосинтеза не выяснен до конца. Классическая физика не могла

объяснить фотохимические реакции. В квантовой физике это получает чёткое

объяснение: атомы внутри молекулы удерживаются химическими связями, ко-

торые разрываются при поглощении молекулой фотона; в результате молекула

распадается. При малой энергии фотона фотохимическая реакция не происхо-

дит.

Фотосинтез – основа жизни на Земле. Это единственный процесс, в ре-

зультате которого органический мир за счёт энергии излучения Солнца попол-

няет свою внутреннюю энергию, расходуемую в процессе жизнедеятельности.

По одной из теорий, почти весь кислород в атмосфере Земли образовался и

поддерживается за счёт фотосинтеза.

2.

Энергия света → в энергию нервныхи мпульсов. В палочках и колбоч-

ках сетчатки глаза вследствие фотохимических реакций с участием зри-

тельных пигментов (пурпура) формируются нервные импульсы, переда-

ющиеся в головной мозг, где происходит их трансформация в зритель-

ные образы.

3.

Под действием ультрафиолетового излучения образуется озон.

Учитель физики

Сначала обратим внимание, что фотохимические реакции и фотосинтез

происходят за счёт энергии квантов света. Энергии кванта достаточно чтобы

вызвать превращение молекул вещества или расщепить молекулы на состав-

ные части. Причём масса прореагировавшего в реакции вещества ~ энергии

поглощённого света:

m = kE Е = h

J

Фотография

Квантовая природа света проявляется и в действии света на фотоплёнку и

фотобумагу. Фотопластинка покрыта чувствительным слоем из маленьких

кристаллов бромида серебра АgBr, вкраплённых в желатин. Под действием

кванта света электрон отрывается от отдельных ионов брома и захватывается

ионами серебра → образуется небольшое число нейтральных атомов серебра

(пластинка чернеет на свету).

Таким образом, при фотографировании на плёнке образуется скрытое изобра-

жение объекта.

Опыт

Процесс получения фотографии состоит из нескольких этапов:

1.

съемка – это получение с помощью объектива на светочувствительном

слое

фотоплёнки

действительного

изображения

фотографируемого

объекта. Под действием света небольшая часть засвеченных молекул

бромистого серебра распадается на атомы брома и серебра. Атомы се-

ребра образуют крошечные группки по 2-3 штуки, неразличимые даже в

микроскоп. При правильной экспозиции число таких группок пропорцио-

нально освещённости. Полученное изображение называют скрытым.

2.

проявление фотоплёнки – это химическая обработка. В процессе кото-

рой скрытое изображение превращается в явное. Суть в том, что под

действием реактивов (гидрохинон, метол) происходит дальнейшее вы-

деление серебра там, где оно уже началось, но теперь выпавшие атомы

серебра объединяются в крупные зёрна. После проявления на фотоплён-

ке получается хорошо заметное негативное изображение.

(промыть водой, чтобы проявитель не попал в закрепитель!)

3 . закрепление – процесс удаления из фотослоя всех непрореагировавших

светочувствительных зёрен бромида серебра, для чего плёнку опускают в

раствор гипосульфита. Если этого не сделать, то плёнка на свету почер-

неет. Закрепление завершается тщательной промывкой фотоматериала в

воде для удаления продуктов хим. реакций.

4.

копирование – процесс переноса изображения с фотоплёнки на фотобу-

магу, также покрытую фоточувствительным слоем. Процессы те же,

что и описанные выше. Получено позитивное изображение.

На столе фонарь красного света.

- Почему можно включать красный свет, не боясь засветить плёнку?

( h

J

мало)

-Беру негатив, кладу его на фотобумагу (слоем кверху бумага) и освещаю

лампой накаливания. Затем – в ванночки:

проявитель закрепитель вода

→ ф о т о г р а ф и я

Значение фотографии.

III Закрепление изученного материала

Беседа:



В чём состоит хим. действие света?



Доказательством какой природы света оно является?



В каких процессах проявляется хим. действие света?



Как проявляются квантовые свойства света в фотохимических реакциях?



Какие превращения энергии происходят в цепи реакций фотосинтеза?



Почему фотосинтез – основа жизни на Земле?



Почему фотосинтез не происходит ночью, хотя на листья падают инфра-

красные лучи?



Как проявляются квантовые свойства света в фотографии?

IV Задание на дом:

§ 93, Краткие итоги гл. 11; ОК

Подготовка к контрольной работе по теме «Квантовая физика».