Chi tiết thông tin

Bài 31: Hiện tượng quang điện trong

60 View

Lý thuyết Hiện tượng quang điện trong

I) Chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong:

- Chất quang dẫn: là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và chất dẫn điện tốt khi bị chiếu sáng thích hợp - Hiện tượng quang điện trong: là hiện tượng tạo thành các electron dẫn và lỗ trống trong bán dẫn, do tác dụng của ánh sáng có bước sóng thích hợp. - Hiện tượng quang dẫn: là hiện tượng giảm điện trở suất hay tăng độ dẫn điện khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

II) Ứng dụng:

Hiện tượng quang điện trong được ứng dụng trong quang điện trở và pin quang điện. - Quang điện trở: là một điện trở làm bằng chất quang dẫn. có điện trở biến thiên từ vài mêgaôm khi không được chiếu sáng đến vài chục ôm khi được chiếu ánh sáng thích hợp. - Pin quang điện (Pin Mặt Trời): +) Khái niệm: là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi quang năng thành điện năng. +) Hiệu suât: khá thấp chỉ khoảng trên dưới 10%. +) Cấu tạo: gồm một lớp bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p để hình thành một lớp tiếp xúc p-n. Trên cùng là một lớp kim loại mỏng trong suốt, dưới cùng là một đế kim loại

C1 trang 159 SGK:

So sánh độ lớn của giới hạn quang dẫn với độ lớn của giới hạn quang điện và đưa ra nhận xét. Trả lời: Độ lớn của giới hạn quang dẫn lớn hơn độ lớn của giới hạn quang điện. Nhận xét: Để thực hiện quang dẫn xảy ra, không đòi hỏi photo phải có năng lượng lớn, rất nhiều chất quang dẫn hoạt động được với ánh sáng hồng ngoại. Còn hiện tượng quang điện xảy ra với ánh sáng có bước sóng ngắn, đây là một lợi thế của hiện tượng quang dẫn so với hiện tượng quang điện. Năng lượng kích hoạt các electron liên kết để chúng trở thành các electron dẫn nhỏ hơn công thoát để bứt các electron ra khỏi kim loại.

C2 trang 161 SGK:

So sánh độ lớn suất điện động của pin quang điện với suất điện động của pin hóa học. Trả lời: Độ lớn suất điện động của pin quang điện nhỏ hơn suất điện động của pin hóa học.

Bài 1 (trang 162 SGK Vật Lý 12):

Chất quang dẫn là gì? Lời giải: - Chất quang dẫn: là chất dẫn điện kém khi không được chiếu sáng và trở thành dẫn điện tốt khi được chiếu ánh sáng thích hợp.

Bài 2 (trang 162 SGK Vật Lý 12):

Hiện tượng quang điện trong là gì ? Giải thích tính quang dẫn của một chất. Lời giải: Hiện tượng quang điện trong : là hiện tượng ánh sáng làm bứt các electron liên kết thành các electron dẫn. Giải thích tính quang dẫn của một chất : Khi không bị chiếu sáng, các electron trong chất quang dẫn đều ở trạng thái liên kết với ion ở nút mạng tinh thể. Không có electron tự do nên chất quang dẫn cách điện. Khi chiếu sáng chất quang dẫn, mỗi photon của ánh sáng kích thích sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một electron liên kết. Nếu năng lượng mà electron nhận được đủ lớn thì electron đó được giải phóng khỏi liên kết trở thành electron dẫn. Mặt khác, mỗi electron liên kết được giải phóng để lại một lỗ trống. Lỗ trống này cũng tham gia vào quá trình dẫn điện. Kết quả là chất nói trên dẫn điện.

Bài 3 (trang 162 SGK Vật Lý 12):

Trình bày cấu tạo và hoạt động của một pin quang điện. Lời giải: • Cấu tạo:

+ Pin có một tấm bán dẫn kim 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 trơ. • Hoạt động: + Dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn. + Ánh sáng có bước sóng thích hợp rọi vào điện cực dương + (trong suốt) vào lớp bán dẫn loai p sẽ gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng ra các cặp êlectron và lỗ trống. Êlectron dễ dàng đi qua lớp chặn xuống bán dẫn loại n. Còn lỗ trống thì bị giữ lại trong lớp p. + Điện trường lớp tiếp xúc p - n đẩy lỗ trống về lớp p và đẩy e về lớp n. → Lớp kim loại mỏng nhiễm điện dương. Phần đế tiếp xúc với lớp n nhiễm điện âm trở thành cực âm. Nếu nối hai điện cực bằng một dây dẫn thông qua một ampe kế thì sẽ thấy có dòng quang điện chạy từ cực dương sang cực âm. Suất điện động của pin quang điện nàm trong khoảng 0,5V đến 0,8V.

Bài 4 (trang 162 SGK Vật Lý 12):

Hãy ghép nửa câu ở phần trên với nửa câu tương ứng ở phần dưới để thành một câu có nội dung đúng. A. Pin hóa học … B. Pin nhiệt điện … C. Pin quang điện … a) … hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạch một lớp chặn. b) --- hoạt động dựa vào sự hình thành các hiệu điện thế hóa ở hai điện cực c) …. Hoạt động dựa vào sự hình thành hiệu điện thế khi các electron tự do khuếch tán từ đầu nóng sang đầu lạnh của một dây kim loại. Lời giải: A. Pin hóa học hoạt động dựa vào sự hình thành các hiệu điện thế hóa ở hai điện cực B. Pin nhiệt điện hoạt động dựa vào sự hình thành hiệu điện thế khi các electron tự do khuếch tán từ đầu nóng sang đầu lạnh của một dây kim loại. C. Pin quang điện hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạch một lớp chặn.

Bài 5 (trang 162 SGK Vật Lý 12):

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 Lời giải: Chọn đáp án D.

Bài 6 (trang 162 SGK Vật Lý 12):

Suất điện động của một pin quang điện có đặc điểm nào dưới đây. A. có giá trị rất lớn. B. có giá trị rất nhỏ. C. có giá trị không đổi, không phụ thuộc điều kiện bên ngoài. D. chỉ xuất hiện khi pin được chiếu sáng. Lời giải: Chọn đáp án D.

Trắc nghiệm Bài 31

Bài 1: Dụng cụ có nguyên tắc hoạt động dựa vào tác dụng của lớp tiếp xúc p – n là: A. tế bào quang điện B. pin nhiệt điện C. quang điện trở D. điôt điện tử

Hiển thị đáp án

- Điôt điện tử là dụng cụ có nguyên tắc hoạt động dựa vào tác dụng của lớp tiếp xúc p – n. Chọn đáp án D

Bài 2: Pin quang điện: A. là dụng cụ biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. B. là dụng cụ biến nhiệt năng thành điện năng. C. hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện ngoài. D. là dụng cụ có điện trở tăng khi được chiếu sáng.

Hiển thị đáp án

- Pin quang điện là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn. Chọn đáp án A

Bài 3: Dụng cụ nào dưới đây hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong? A. Pin nhiệt điện. B. Đèn LED. C. Quang trở. D. Tế bào quang điện.

Hiển thị đáp án

- Quang trở là dụng cụ hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong. Điện trở của nó có thể thay đổi từ vài mêgaôm (10⁶Ω) khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục ôm khi được chiếu sáng. Chọn đáp án A

Bài 4: Gọi c là vận tốc ánh sáng trong chân không, v là vận tốc ánh sáng trong chất phát quang. Muốn một chất phát quang phát ra bức xạ có bước sóng λ, cần chiếu vào chất đó bức xạ có A. tần số nhỏ hơn c/λ B. tần số nhỏ hơn v/λ C. tần số lớn hơn v/λ D. tần số lớn hơn c/λ

Hiển thị đáp án

- Muốn một chất phát quang phát ra bức xạ có bước sóng λ, cần chiếu vào chất đó bức xạ có: λ_kt ≤ λ ↔ f_kt > c/λ. Chọn đáp án D

Bài 5: Hiện tượng không thể hiện tính chất hạt của ánh sáng là hiện tượng A. quang điện ngoài B. quang điện trong C. nhiễu xạ ánh sáng D. tạo thành quang phổ vạch của nguyên từ Hyđrô

Hiển thị đáp án

- Hiện tượng không thể hiện tính chất hạt của ánh sáng là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Chọn đáp án C

Bài 6: Chọn phát biểu đúng về hiện tượng quang điện trong: A. Có bước sóng giới hạn nhỏ hơn bước sóng giới hạn của hiện tượng quang điện ngoài. B. Ánh sáng kích thích phải là ánh sáng tử ngoại. C. Có thể xảy ra khi được chiếu bằng bức xạ hồng ngoại. D. Có thể xảy ra đối với cả kim loại.

Hiển thị đáp án

- Đối với hiện tượng quang điện trong các photon của ánh sáng kích thích tương tác với các electron liên kết của chất bán dẫn sẽ giải phóng các electron này thành các electron tự do (electron dẫn) trong chất bán dẫn. - Vì vậy chỉ cần những photon có năng lượng tương đối nhỏ cũng đủ để gây ra hiện tượng quang điện trong, nên giới hạn quang điện λ₀ của hiện tượng quang điện trong nằm ở vùng bước sóng dài, do đó tia hồng ngoại cũng gây ra. Chọn đáp án C

Bài 7: Chọn phát biểu đúng về hiện tượng quang dẫn: A. Trong hiện tượng quang dẫn, các êlectron bị bứt ra khoỉ khối kim loại khi được chiếu sáng thích hợp. B. Trong hiện tượng quang dẫn, độ dẫn điện của khối chất bán dẫn giảm khi được chiếu ánh sáng thích hợp. C. Trong hiện tượng quang dẫn, điện trở của khối chất bán dẫn giảm khi được chiếu ánh sáng thích hợp. D. Hiện tượng quang dẫn có thể xảy ra đối với cả kim loại và bán dẫn

Hiển thị đáp án

- Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào. Hiện tượng quang dẫn được giải thích dựa trên hiện tượng quang điện trong. Chọn đáp án C

Bài 8: Quang điện trở là: A. điện trở có giá trị bằng 0 khi được chiếu sáng. B. điện trở có giá trị không đổi khi thay đổi bước sóng ánh sáng chiếu tới. C. điện trở có giá trị giảm khi được chiếu sáng. D. điện trở có giá trị tăng khi được chiếu sáng.

Hiển thị đáp án

- Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn (chất bán dẫn, chất khí…). Điện trở của nó có thể thay đổi từ vài mêgaôm (10⁶Ω) khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục ôm khi được chiếu sáng. Chọn đáp án C

Bài 9: Chọn phát biểu đúng. A. Chất quang dẫn là những kim loại dẫn điện tốt khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào. B. Trong hiện tường quang điện trong, chỉ có các êlectron dân tham gia vào quá trình dẫn điện. C. Điện trở suất của chất quang dẫn tăng khi được chiếu sáng thích hợp. D. Pin quang điện biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.

Hiển thị đáp án

- Pin quang điện (còn gọi là pin Mặt Trời) là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn. Chọn đáp án D

Bài 10: Tìm phát biểu sai: A. Hiện tượng điện trở suất của chất bán dẫn giảm mạnh khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó là hiện tượng quang dẫn. B. Dùng thuyết sóng ánh sáng ta có thể giải thích được sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử hyđrô. C. Giới hạn quang điện trong thường lớn hơn giới hạn quang điện ngoài. D. Dùng thuyết lượng tử về ánh sáng có thể giải thích được nguyên tắc hoạt động của oin quang điện.

Hiển thị đáp án

- Dùng thuyết sóng ánh sáng ta không thể giải thích được sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử hyđrô. Phải dựa trên thuyết lượng tử ánh sáng. Chọn đáp án B Bài 11: Nguyên tắc hoạt động của pin quang điện dựa vào hiện tượng: A. Quang điện trong B. quang phát quang C. cảm ứng điện từ D. tán sắc ánh sáng

Hiển thị đáp án

- Nguyên tắc hoạt động của pin quang điện dựa trên hiện tượng quang điện trong. Chọn đáp án A

Bài 12: Trong hiện tượng quang dẫn, năng lượng cần thiết để giải phóng một êlectron liên kết thành êlectron dẫn gọi là năng lượng kích hoạt. Biết năng lượng kích hoạt của PbS là 0,3 eV, lấy h = 6,625.10^-34 J.s, c = 3.10⁸ m/s, e = 1,6.10^-19 C, giới hạn quang dẫn của PbS là: A. 2,06 µm. B. 4,14 µm. C. 1,51 µm. D. 4,97 µm.

Hiển thị đáp án

- Sử dụng công thức tính công thoát A:

Chọn đáp án B

Bài 13: Quang dẫn có giới hạn quang dẫn 4,8.10¹⁴ Hz. Chiếu vào chất bán dẫn đó lần lượt các chùm bức xạ đơn sắc có tần số f₁ = 4,5.10¹⁴ Hz; f₂ = 5,0.10¹³ Hz; f₃ = 6,5.10¹³ Hz; f₁ = 6,0.10¹⁴ Hz thì hiện tượng quang dẫn xảy ra với bức xạ nào? A. Chùm bức xạ 1 B. Chùm bức xạ 2 B. Chùm bức xạ 3 B. Chùm bức xạ 4

Hiển thị đáp án

- Áp dụng điều kiện có quang điện f ≥ f₀. - Từ điều kiện f ≥ f₀ để có quang điện ta thấy chỉ có bức xạ 4 thỏa mãn điều kiện. Chọn đáp án D

Bài 14: Pin quang điện là nguồn điện, trong đó, A. quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. B. cơ năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. C. hóa năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. D. nhiệt năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.

Hiển thị đáp án

- Pin quang điện là nguồn điện trong đó quang năng được chuyển hóa trực tiếp thành điện năng. Chọn đáp án A

Bài 15: Một bộ pin quang điện gồm nhiều pin mắc nối tiếp. Diện tích tổng cộng của các pin là 0,4 m². Dòng ánh sáng chiếu vào bộ pin có cường độ 1000 W/m². Khi cường độ dòng điện mà bộ pin cung cấp cho mạch ngoài là 2,5A thì điện áp đo được hai cực của bộ pin là 20 V. Hiệu suất của bộ pin là: A. 43,6%. B. 14,25%. C. 12,5%. D. 28,5%.

Hiển thị đáp án

- Ta có:

Chọn đáp án C

Bài 16: Hiện tượng quang điện trong: A. là hiện tượng êlectron hấp thụ photon có năng lựng đủ lớn để bứt ra khỏi khối chất. B. hiện tượng êlectron chuyển động nhanh hơn khi hấp thụ photon. C. xảy ra với chất bán dẫn khi ánh sáng kích thích có tần số lớn hơn một tần số giới hạn. D. xảy ra với ánh sáng có bước sóng lớn hơn một giá trị nào đó.

Hiển thị đáp án

- Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectrôn liên kết để chúng trở thành các êlectrôn dẫn đồng thời giải phóng các lỗ trống tự do gọi là hiện tượng quang điện trong. - Nó xảy ra với chất bán dẫn khi ánh sáng kích thích có tần số lớn hơn một tần số giới hạn. - Hiện tượng quang điện trong cũng là sự giải phóng e (giống quang điện ngoài) nhưng cần ít năng lượng hơn từ đó ta:

(λ₀ và f₀ là các giá trị giới hạn xảy ra hiện tượng quang điện). Chọn đáp án C

Bài 17: Giới hạn quang dẫn của chất CdS là 0,9 μm. Năng lượng tối thiểu của photon ánh sáng có thể gây ra hiện tượng quang dẫn CdS là: A. 0,56 eV B. 1,12 eV C. 1,38 eV D. 2,20 eV

Hiển thị đáp án

- Giới hạn quang dẫn của chất CdS là: λ₀ = 0,9 μm. - Năng lượng tối thiểu của photon ánh sáng có thể gây ra hiện tượng quang dẫn CdS là:

Chọn đáp án C

Bài 18: Một chất quang dẫn có giới hạn quang dẫn là 4μm. Năng lượng kích hoạt của chất đó là: A. 4,97.10^-20 J B. 3,26.10^-20 J C. 4,97.10^-19 J D. 3,261.10^-19 J

Hiển thị đáp án

- Một chất quang dẫn có giới hạn quang dẫn là 4µm. Năng lượng kích hoạt của chất đó là:

Chọn đáp án C

Bài 19: Một chất bán dẫn có giới hạn quang dẫn là 5 µm. Biết tốc độ ánh sáng trong chân không là 3.10⁸ m/s và hằng số Plank là 6,625.10^-34 Js. Tính năng lượng kích hoạt của chất đó. A. 4.10^-19 J. B. 3,97 eV. C. 0,35 eV. D. 0,25 eV.

Hiển thị đáp án

- Năng lượng kích hoạt của chất đó là:

Chọn đáp án D

Bài 20: Khi chiếu bức xạ điện từ thích hợp vào chất bán dẫn thì giải phóng ra các electron dẫn và để lại các lỗ trống. Chọn phát biểu đúng. A. Chỉ các lỗ trống đóng vai trò là các hạt tải điện. B. Chỉ các electron đóng vai trò là các hạt tải điện. C. Cả các lỗ trống và các electron đóng vai trò là các hạt tải điện. D. Cả các lỗ trống và các electron đều không phải là các hạt tải điện.

Hiển thị đáp án

- Mỗi electron liên kết khi hấp thụ một photon sẽ trở thành một e dẫn và một lỗ trống mang điện dương - Các electron và những lỗ trống này có thể di chuyển tự do từ nguyên tử này sang nguyên tử khác tham gia vào quá trình dẫn điện. Chọn đáp án C

Mục lục Giải bài tập Vật Lí 12 hay nhất

Chương 1: Dao động cơ