Bài 46: Hiện tượng quang điện trong. Quang điện trở và pin quang điện - Giải BT Vật Lí 12 nâng cao
Bài C1 (trang 233 SGK Vật Lí 12 nâng cao): Nêu đặc điểm giống và khác nhau giữa hiện tượng quang điện trong và hiện tượng quang điện ngoài đã xét ở bài 43.
Bài giải:Đặc điểm giống và khác nhau giữa hiện tượng quang điện trong và hiện tượng quang điện ngoài cụ thể như sau:
* Giống nhau:
- Đều xảy ra dưới tác dụng của phôtôn của bức xạ kích thích có bước sóng thỏa mãn λ ≤ λ0 (λ0 là bước sóng giới hạn của vật liệu)
* Khác nhau:
- Bước sóng giới hạn quang dẫn lớn hơn nhiều so với bước sóng giới hạn quang điện.
- Trong hiện tượng quang điện ngoài thì electron bật ra khỏi mạng tinh thể kim loại, trong khi đó hiện tượng quang điện trong thì electron liên kết được giải phóng và lỗ trống chuyển động trong mạng tinh thể của bán dẫn.
Câu 1 (trang 235 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Thế nào là hiện tượng quang điện trong, hiện tượng quang dẫn?
Bài giải:+ Hiện tượng quang điện trong là 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. Hiện tượng quang điện trong cũng là sự giải phóng e (giống quang điện ngoài) nhưng cần ít năng lượng hơn.
Do đó: λ0 qđtrong > λ0qđ ngoài và f0 qđtrong < f0 qđngoài. (λ0 và f0 là các giá trị giới hạn xảy ra hiện tượng quang 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. Hiện tượng quang dẫn được giải thích dựa trên hiện tượng quang điện trong.
Câu 2 (trang 235): Vì sao tia hồng ngoại chỉ có thể gây ra được hiện tượng quang điện trong, còn tia tử ngoại mới gây ra được hiện tượng quang điện ngoài?
Bài giải: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. Do 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. Tia tử ngoại có bước sóng λ bé vì vậy thỏa mãn điều kiện gây ra hiện tượng quang điện ngoài lẫn quang điện trong λ ≤ λ0.
Câu 3 (trang 235): Quang điện trở là gì?
Bài giải: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.
Câu 4 (trang 235): Giải thích vắn tắt nguyên tắc hoạt động của pin quang điện.
Bài giải:Pin quang điện:
+ 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 (lớp tiếp xúc), có tác dụng ngăn không cho electrôn di chuyển từ lớp bán dẫn n sang lớp bán dẫn p.
+ 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 2 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 1 (trang 236 sgk Vật Lí 12 nâng cao): Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng
A. Một chất cách điện trở thành dẫn điện khi được chiếu sáng.
B. Giảm điện trở của một kim loại khi được chiếu sáng.
C. Giảm điện trở của một chất bán dẫn, khi được chiếu sáng.
D. Truyền dẫn ánh sáng theo các sợi quang uốn cong một cách bất kì.
Bài giải:Đáp án đúng là: C.
Giải thích:
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.
Bài 2 (trang 236): Theo định nghĩa, hiện tượng quang điện trong là:
A. Hiện tượng quang điện xảy ra ở bên trong một khối kim loại.
B. Hiện tượng quang điện xảy ra ở bên trong một khối điện môi.
C. Nguyên nhân sinh ra hiện tượng quang dẫn.
D. Sự giải phóng các electron liên kết để chúng trở thành electron dẫn nhờ tác dụng của một bức xạ điện từ.
Bài giải:Đáp án đúng là: D
Giải thích:
Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng ánh sáng (bức xạ điện từ) 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.
Bài 3 (trang 236): Pin quang điện là nguồn điện, trong đó
A. Quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.
B. Năng lượng mặt trời được biến đổi toàn bộ thành điện năng.
C. Một tế bào quang điện được dùng làm máy phát điện.
D. Một quang điện trở, khi được chiếu sáng thì trở thành một máy phát điện.
Bài giải:Đáp án đúng là: A
Giải thích:
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.
Bài tiếp: Bài 47: Mẫu nguyên tử Bo và quang phổ vạch của nguyên tử Hiđrô - Giải BT Vật Lí 12 nâng cao