BÀI 31 HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG VẬT LÍ 12, TRƯỜNG THPT QUỐC OAI - HÀ NỘI.

A.TÓM TẮT NỘI DUNG

BÀI 31: HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG

I.HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG

1.Chất quang dẫn: Là chất bán dẫn có tính dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi được chiếu ánh sáng thích hợp.

Ví dụ : Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdTe.....

2.Hiện tượng quang điện trong: Là hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết thành các electron dẫn, đồng thời tạo ra các lỗ trống tham gia vào quá trình dẫn điện.

- 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

- Giải thích : Khi bán dẫn được chiếu sáng bằng chùm sáng có bước sóng thích hợp, thì trong bán dẫn có thêm eletron dẫn và lỗ trống tạo thành. Do đó mât độ hạt tải điện tăng tức điện trở suất của nó giảm. Cường độ ánh sáng chiếu vào bán dẫn càng mạnh thì điện trở suất càng nhỏ.

II.ỨNG DỤNG CỦA CHẤT QUANG DẪN VÀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG

1.Quang điện trở: Là một điện trở làm bằng chất quang dẫn, 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 megaom (rất lớn) khi không được chiếu sáng xuống còn vài chục ôm (bé) khi được chiếu sáng thích hợp

-Ứng dụng: lắp vào các mạch khuếch đại trong các thiết bị điều khiển ánh sáng, máy đo ánh sáng.

2. Pin quang điện ( Pin mặt trời)

Là nguồn điện, trong đó quang năng biến đổi trực tiếp thành điện năng

-Cấu tạo:

+ Một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ lớp mỏng bán dẫn loại p. Lớp tiếp xúc p-n được hình thành ở hai bán dẫn.

+ Mặt trên cùng là một lớp kim loại mỏng trong suốt với ánh sáng và dưới cùng là một đế kim loại.

+ Các lớp kim loại này đóng vai trò các điện cực.

-Hoạt động: Dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra ở lớp chuyển tiếp p-n.

+ Khi ánh sáng có bước sóng thích hợp chiếu vào lớp kim loại mỏng ở trên cùng, ánh sáng sẽ đi xuyên qua lớp kim loại và lớp bán dẫn p, đến lớp chuyển tiếp p-n gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng ra các cặp êlectron và lỗ trống ở đó.

+ Điện trường ở lớp chuyển tiếp p-n đẩy các lỗ trống về phía p và đẩy các êlectron về phía n. Nên lớp kim loại mỏng trên lớp bán dẫn p nhiễm điện dương và trở thành điện cực dương của pin; còn đế kim loại dưới bán dẫn loại n nhiễm điện âm trở thành điện cực âm của pin.

+ Suất điện động của pin quang điện có giá trị vào cỡ 0,5V đến 0,8V.

-Ứng dụng: Pin quang điện được ứng dụng trong các máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi.....

B.BÀI TẬP CỦNG CỐ

Câu 1:Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng:

A. Điện trở của 1 chất bán dẫn tăng khi được chiếu sáng

B. Điện trở của 1 kim loại giảm khi được chiếu sáng

C. Điện trở của 1 chất bán dẫn giảm khi được chiếu sáng

D. Truyền dẫn ánh sáng theo các sợi quang uốn cong 1 cách bất kì

Câu 2:Theo định nghĩa, hiện tượng quang điện trong là:

A. Hiện tượng quang điện xảy ra ở bên trong 1 khối kim loại

B. Hiện tượng quang điện xảy ra ở bên trong 1 khối điện môi

C. Nguyên nhân sinh ra hiện tượng quang dẫn

D. Sự giải phóng electron liên kết trở thảnh electron dẫn đồng thời tạo ra lỗ trống do 1 bức xạ điện từ

Câu 3: Trong hiện tượng quang dẫn, electron dẫn là các electron được giải phóng ra khỏi:

A. bề mặt của kim loại. B. mối liên kết trong mạng tinh thể kim loại.

C. bề mặt của chất quang dẫn. D. mối liên kết với các nguyên tử của chất quang dẫn.

Câu 4: Điên trở của một quang điện trở có đặc điểm nào dưới đây?

A. Có giá trị lớn. B. Có giá trị rất nhỏ.

C. Có giá trị không thay đổi được. D. Có giá trị thay đổi được.

Câu 5:Chất quang dẫn

A. dẫn điện kém khi bị chiếu sáng bởi ánh sáng thích hợp.

B. dẫn điện tốt khi không bị chiếu sáng.

C. dẫn điện tốt khi bị chiếu sáng bởi ánh sáng thich hợp.

D. không dẫn điện khi bị chiếu sáng.

Câu 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.

Câu 7: 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.

Câu 8: Trong hiện tượng quang dẫn của một chất bán dẫn, năng lượng cần thiết để giải phóng một electron liên kết thành electron tự do là A thì bước sóng dài nhất của ánh sáng kích thích gây ra được hiện tượng quang dẫn ở chất bán dẫn đó được xác định theo công thức

A. B. C. D.

Câu 9: 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

Câu 10: 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.

Câu 11: 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.

Câu 12: Quang dẫn có giới hạn quang dẫn 6,25.10^-7 m. 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; f₄ = 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

C. Chùm bức xạ 3 D. Chùm bức xạ 4

Câu 13: 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%.

Câu 14: Có thể giải thích hiện tượng quang điện bằng thuyết

A.eletron cổ điển B.sóng ánh sáng C.photon D. động học phân tử

Câu 15: Câu nào sai khi so sánh hiện tượng quang điện ngoài và hiện tượng quang điện trong

A.Cả hai hiện tượng đều do các photon của ánh sáng chiếu vào và làm bứt electron

B.Cả hai hiện tượng chỉ xảy ra khi bước sóng của ánh sáng kích thích nhỏ hơn bước sóng giới hạn

C.giới hạn quang điện trong lớn hơn giới hạn quang điện ngoài

D.Cả hai hiện tượng electron đều được giải phóng khỏi khối chất

Câu 16: Khi chiếu một chùm sáng thích hợp vào khối bán dẫn thì

A. mật độ electron trong khối bán dẫn giảm mạnh. B. nhiệt độ của khối bán dẫn giảm nhanh.

C. mật độ hạt dẫn điện trong khối bán dẫn tăng nhanh. D. cấu trúc tinh thể trong khối bán dẫn thay đổi.

Câu 17:Chọn phát biểu sai:

A. Giới hạn kim loại của các kim loại kiềm nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy.

B. Có thể giải thích tính quang dẫn bằng thuyết photon.

C. Quang điện trở hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện ngoài.

D. Pin quang điện hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn.

Câu 18: Đoạn mạch AB mắc nối tiếp gồm ampe kế có điện trở R_A = 0 và quang điện trở. Mắc vôn kế có điện trở R_v rất lớn song song với quang điện trở. Nối AB với nguồn điện không đổi có suất điện động E và điện trở trong r. Khi chiếu chùm ánh sáng trắng vào quang trở thì số chỉ của ampe kế và vôn kế lần lượt là I₁ và U₁. Khi tắt chùm ánh sáng trắng thì số chỉ của ampe kế và vôn kế lần lượt là I₂ và U₂. Chọn kết luận đúng.

A. I₂ < I₁ và U₂ > U₁. B. I₂ < I₁ và U₂ < U₁. C. I₂ > I₁ và U₂ > U₁. D. I₂ > I₁ và U₂ < U₁

Câu 19: Một mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm quang trở, cuộn cảm có cảm kháng 20Ω , có điện trớ 30 Ω và tụ điện có dung kháng 60 Ω Chiếu sáng quang trở với một cường độ sáng nhất định thì công suất tiêu thụ điện trên quang trở là cực đại. Xác định điện trở của quang trở khi đó.

A. 40 Ω. B. 20 Ω. C. 50 Ω. D. 10 Ω.

Câu 20: Một mạch điện gồm một bộ pin có suất điện động 12 V và điện trở trong 4 Ω mắc nối tiếp với quang điện trở. Khi quang trở không được chiếu sáng thì cường độ dòng điện chạy qua mạch chỉ vào khoảng 1,2 µA. Xác định điện trở của quang điện trở ở trong bóng tối. Khi quang trở được chiếu sáng thì cường độ dòng điện trong mạch là 0,5 A. Tính điện trở của quang điện trở lúc được chiếu sáng

A.20Ω. B.30Ω. C.40Ω. D.60Ω.