Bài 31. Hiện tượng quang điện trong

Lý thuyết

Trang 159 - sgk vật lí 12:

So sánh độ lớn của giới hạn quang dẫn với độ lớn của giới hạn quang điện và đưa ra nhận xét.

Hướng dẫn giải

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.

Trang 161 - sgk vật lí 12:

So sánh độ lớn suất điện động của pin quang điện với suất điện động của pin hóa học.

Hướng dẫn giải

Độ lớn suất điện động của pin quang điện nhỏ hơn độ lớn suất điện động của pin hóa học.

Bài tập 1: trang 162 - sgk vật lí 12

Chất quang dẫn là gì?

Hướng dẫn giải

Chất quang dẫn: là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi bị chiếu sáng thích hợp.

Bài tập 2: trang 162 - sgk vật lí 12

Hiện tượng quang điện trong là gì? Giải thích tính quang dẫn của một chất.

Hướng dẫn giải

Hiện tượng quang điện trong

• Là hiện tượng ánh sáng giải phóng electron liên kết để chúng trở thành electron dẫn, đồng thời cũng tạo ra nhưng lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện.
• 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.

Tính quang dẫn của một chất

• 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 tập 3: trang 162 - sgk vật lí 12

Trình bày cấu tạo và hoạt động của một pin quang điện.

Hướng dẫn 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. Tại lớp p, xảy ra hiện tượng quang điện trong tạo thành lỗ trống và electron quang điện. 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.

Bài tập 4: trang 162 - sgk vật lí 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 cạnh một lớp chặn. b)……....Hoạt động dựa vào sự hình thành các hiệu điện thế điện hóa ở hai điện cực. c)………Hoạt động dựa vào sự hình thành hiệu điện thế khi các electron tự do khuếch đại từ đầu nóng sang đầu lạnh của một dây kim loại.

Hướng dẫn giải

A-b                                                             B-c                                                                       C-a 

Bài tập 5: trang 162 - sgk vật lí 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.

Hướng dẫn giải

Chọn D. Vì là điện trở có giá trị giảm mạnh  bị chiếu sáng. Giá trị thay đổi từ vài MΩ xuống vài chục Ω.

Bài tập 6: trang 162 - sgk vật lí 12

Suất điện động của 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.

Hướng dẫn giải

Chọn D vì pin quang điện là pin chạy bằng năng lượng ánh sáng do đó suất điện động của pin quang điện chỉ xuất hiện khi pin được chiếu sáng.