Chúng tôi giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 12 Bài 31: Hiện tượng quang điện trong chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Hiện tượng quang điện trong lớp 12.
Bài giảng Vật lí 12 Bài 31: Hiện tượng quang điện trong
Giải bài tập Vật Lí Lớp 12 Bài 31: Hiện tượng quang điện trong
Trả lời câu hỏi giữa bài
Trả lời câu C1 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.
Lời giải:
+ Từ hai bảng 30.1 và bảng 31.1 ta thấy: Độ lớn của giới hạn quang dẫn lớn hơn độ lớn của giới hạn quang điện.
+ Nhận xét:
- Để hiện tượng 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.
Trả lời câu C2 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.
Lời giải:
Độ lớn suất điện động của pin quang điện nhỏ hơn suất điện động của pin hóa học.
Câu hỏi và bài tập (trang 162 SGK Vật Lí 12)
Bài 1 trang 162 SGK Vật Lí 12: Chất quang dẫn là gì?
Lời giải:
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 bị chiếu ánh sáng thích hợp.
Bài 2 trang 162 SGK Vật Lí 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 các electron liên kết được ánh sáng giải phóng để trở thành các electron dẫn.
- Giải thích tính quang dẫn của một số chất:
+ Khi không bị chiếu sáng, các electron trong chất quang dẫn đều ở trong trạng thái liên kết với các nút mạng tinh thể. Hầu như không có electron tự do. Khi đó các chất nói trên là chất dẫn điện kém.
+ Khi bị chiếu sáng, 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 có thể được giải phóng khỏi mối liên kết để trở thành electron dẫn và tham gia vào quá trình dẫn điện. Mặt khác, khi electron liên kết được giải phóng thì nó sẽ để lại một lỗ trống. Lỗ trống này cũng tham gia vào quá trình dẫn điện. Kết quả là khối chất nói trên trở thành chất dẫn điện tốt.
Bài 3 trang 162 SGK Vật Lí 12: Trình bày cấu tạo và hoạt động của một pin quang điện.
Lời giải:
* Cấu tạo:
Pin quang điện gồm hai lớp bán dẫn tiếp xúc nhau: một bán dẫn loại p (gồm đa số là lỗ trống mang điện tích dương) và một lớp bán dẫn n (gồm đa số là electrôn dẫn mang điện tích âm).
Giữa lớp p và lớp n hình thành một lớp đặc biệt gọi là lớp chặn, có tác dụng ngăn không cho electrôn di chuyển từ lớp bán dẫn n sang lớp bán dẫn p.
* Hoạt động:
Khi chiếu ánh sáng vào bề mặt lớp p thì trong lớp này xuất hiện rất nhiều các electrôn dẫn. Chúng ngay lập tức khuếch tán sang lớp n khiến lớp bán dẫn p trở nên nhiễm điện dương còn lớp n thừa electrôn trở nên nhiễm điện âm.
Ở phía trên lớp p có một lớp kim loại mỏng (vừa cho phép ánh sáng đi qua, vừa có tác dụng dẫn điện) nối với một điện cực. Điện cực này là điện cực dương.
Ở phía dưới lớp n là một đế bằng kim loại đóng vai trò của điện cực âm.
Nối hai điện cực của pin quang điện với một mạch ngoài thì trong mạch ngoài có dòng điện một chiều chạy từ cực dương sang cực âm.
Bài 4 trang 162 SGK Vật Lí 12: Hãy ghép nửa câu ở phần trên với nửa câu 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 êlectron tự do khuếch tán từ đầu nóng sang đầu lạnh của một dây kim loại.
Lời giải:
A - b;
B - c;
C - a.
Bài 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.
Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài mêgaôm khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục ôm khi được chiếu ánh sáng thích hợp
Lời giải:
Đáp án D
Điện trở của một quang điện trở có giá trị thay đổi được
Bài 6 trang 162 SGK Vật Lí 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.
Phương pháp giải:
Sử dụng định nghĩa về pin quang điện: Pin quang điện là pin chạy bằng năng lượng ánh sáng
Lời giải:
Đáp án D
Ta có: Pin quang điện là pin chạy bằng năng lượng ánh sáng
=> Suất điện động của pin quan điện chỉ xuất hiện khi pin được chiếu sáng.
Lý thuyết Bài 31: Hiện tượng quang điện trong
1. Hiện tượng quang điện trong
- Chất quang dẫn: là chất bán dẫn có tính dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp.
- 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 electron dẫn và lỗ trống được tạo thành. Do đó, mật độ hạt tải điện tăng, tức là điện trở suất của nó giảm. Cường độ ánh sáng chiếu vào bán dẫn càng mạnh thì điện trở suất của nó càng nhỏ.
2. Ứng dụng của chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong
- Quang trở:
- Quang trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn. Nó 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 Megaôm (rất lớn) khi không được chiếu sáng xuống vài chục ôm khi được chiếu sáng thích hợp.
- Ứng dụng: lắp vào các mạch khuếch đại trong các thiết bị điều khiển bằng ánh sáng, trong các máy đo ánh sáng.
- Pin quang điện (Pin mặt trời):
- Là nguồn điện, trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.
- Hoạt động: dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn (lớp chuyển tiếp)
- Cấu tạo: Tấm bán dẫn n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p. Mặt trên cùng là lớp kim loại mỏng trong suốt với ánh sáng và dưới cùng là một đế kim loại.
- Hiệu suất: Chỉ vào khoảng trên dưới 10%
Ứng dụng: trong các máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi, .. Ngày nay người ta đã chế tạo thành công otô và máy bay chạy bằng pin quang điện.
Sơ đồ tư duy về hiện tượng quang điện trong
