Ngày này, hiện tượng quang điện trong hầu như đã hoàn toàn thay thế được hiện tượng quang điện ngoài trong các ứng dụng cuộc sống hàng ngày. Vậy thì Hiện tượng quang điện trong là gì ? Đó chính là nội dung mới của bài học ngày hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu về các khái niệm mới : Hiện tượng quang điện trong, Quang điện trở và Pin quang điện.
Tóm tắt lý thuyết
2.1. Chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong
a. Chất quang dẫn
- Bán dẫn: 2 loại: loại p và loại n.
- Chất bán dẫn: GE, Si, CdS, PbS,...
⇒ Chất quang dẫn là chất bán dẫn khi không bị chiếu sáng sẽ dẫn điện kém và dẫn điện rất tốt khi được chiếu sáng thích hợp.
b. Hiện tượng quang điện trong
Định nghĩa: Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng tạo thành các lectron và lỗ trống trong khối chất bán dẫn khi có ánh sáng thích hợp \((\lambda \leq \lambda _0)\) chiếu vào.
2.2. Quang điện trở
- Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn. Nó được cấu tạo gồm một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện.
- Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài MΩ khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục Ω khi được chiếu ánh sáng thích hợp.
2.3. Pin quang điện
- Pin quang điện là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.
- Hiệu suất của pin quang điện chỉ vào khoảng trên dưới 10%.
- Cấu tạo và hoạt động:
+ Pin có một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p. Trên cùng là một lớp kim loại rất mỏng. Dưới cùng là một đế kim loại. Các kim loại này đóng vai trò các điện cực.
+ Giữa bán dẫn loại n và bán dẫn loại p hình thành một lớp tiếp xúc p-n. Lớp này ngăn không cho electron khuếch tán từ n sang p và lỗ trống khuếch tán từ p sang n. Vì vậy, người ta gọi lớp tiếp xúc này là lớp chặn.
+ Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang điện vào lớp kim loại mỏng trên cùng thì ánh sáng sẽ đi xuyên qua lớp này vào lớp loại p, gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng ra các cặp electron và lỗ trống. Electron dễ dàng qua lớp chặn xuống bán dẫn loại n còn lỗ trong thì bị giữ lại trong lớp p. Kết quả là điện cực kim loại mỏng ở trên sẽ nhiễm điện dương và trở thành điện cực dương của pin, còn đế kim loại ở dưới sẽ nhiễm điện âm và trở thành điện cực âm của pin.
+ Suất điện động của pin quang điện nằm trong khoảng từ 0,5V đến 0,8V.
- Ứng dụng: Pin quang điện được ứng dụng trong:
+ Nguồn điện ở vùng sâu, vùng xa.
+ Nguồn điện trong máy tính bỏ túi.
+ Nguồn điện ở các tàu vũ trụ,...
+ Ứng dụng trong các máy đo ánh sáng.
Bài tập minh họa
Bài 1:
Chọn câu đúng khi nói về hiện tượng quang dẫn (còn gọi là hiện tượng quang điện trong) :
A. Electron trong kim loại bật ra khỏi kim loại khi được chiếu sáng thích hợp.
B. Electron trong bán dẫn bật ra khỏi bán dẫn khi được chiếu sáng thích hợp.
C. Electron ở bề mặt kim loại bật ra khỏi kim loại khi được chiếu sáng thích hợp.
D. Electron trong bán dẫn bật ra khỏi liên kết phân tử khi được chiếu sáng thích hợp.
Hướng dẫn
Chọn đáp án D.
Bài 2:
Pin quang điện hoạt động dựa vào
A. hiện tượng quang điện ngoài
B. hiện tượng quang điện trong
C. hiện tượng tán sắc ánh sáng
D. sự phát quang của các chất
Hướng dẫn:
Chọn đáp án B
Bài 3:
Điện trở của một quang điện trở có đặc điểm nào dưới đây ?
A. Có giá trị rất lớn
B. Có giá trị rất nhỏ
C. Có giá trị không đổi
D. Có giá trị thay đổi được
Hướng dẫn:
Chọn đáp án D
4. Luyện tập Bài 31 Vật lý 12
Qua bài giảng Hiện tượng quang điện trong này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :
- Nêu được định nghĩa về hiện tượng quang điện trong và vận dụng để giải thích được hiện tượng quang dẫn.
- Trình bày được định nghĩa,cấu tạo và chuyển vận của quang điện trở và pin quang điện.
4.1. Trắc nghiệm
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 31 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
-
- A. Dẫn điện của chất bán dẫn lúc được chiếu sáng.
- B. Kim loại phát xạ electron lúc được chiếu sáng.
- C. Điện trở của một chất giảm rất nhiều khi hạ nhiệt độ xuống rất thấp.
- D. Bứt quang electron ra khỏi bề mặt chất bán dẫn.
-
- A. Hiện tượng bức xạ
- B. Hiện tượng phóng xạ
- C. Hiện tượng quang dẫn
- D. Hiện tượng quang điện
-
- A. Bước sóng của photon ở hiện tượng quang điện ngoài thường nhỏ hơn ở hiện tượng quang điện trong.
- B. Đều làm bức électron ra khỏi chất bị chiếu sáng
- C. Mở ra khả năng biến năng lượng ánh sáng thành điện năng
- D. Phải có bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện hoặc giới hạn quang dẫn
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
4.2. Bài tập SGK và Nâng cao
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 12 Bài 31 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Bài tập 1 trang 162 SGK Vật lý 12
Bài tập 2 trang 162 SGK Vật lý 12
Bài tập 3 trang 162 SGK Vật lý 12
Bài tập 4 trang 162 SGK Vật lý 12
Bài tập 5 trang 162 SGK Vật lý 12
Bài tập 6 trang 162 SGK Vật lý 12
Bài tập 31.1 trang 87 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.2 trang 87 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.3 trang 87 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.4 trang 87 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.5 trang 87 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.6 trang 87 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.7 trang 88 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.8 trang 88 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.9 trang 88 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.10 trang 88 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.11 trang 89 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.12 trang 89 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.13 trang 89 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.14 trang 89 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.15 trang 89 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.16 trang 90 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.17 trang 90 SBT Vật lý 12
Bài tập 1 trang 236 SGK Vật lý 12 nâng cao
Bài tập 2 trang 236 SGK Vật lý 12 nâng cao
Bài tập 3 trang 236 SGK Vật lý 12 nâng cao
5. Hỏi đáp Bài 31 Chương 6 Vật lý 12
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 12 HỌC247
