Câu 1: Trong hiện tượng quang 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 tượ[r]
(1)GV Nguyễn Mạnh Trường – DĐ: 0978.013.019 1 Website: thaytruong.vn
Trên đường thành cơng khơng có dấu chân kẻ lười biếng!
CHỦ ĐỀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG
A TĨM TẮT LÍ THUYẾT
1 Chất quang dẫn tượng quang điện a Chất quang dẫn
Là chất bán dẫn có tính chất cách điện khơng bị chiếu sáng trở thành dẫn điện bị chiếu sáng b Hiện tượng quang điện
Giải thích tượng quang dẫn:
Khi không bị chiếu sáng, electron chất quang dẫn liên kết với nút mạng tinh thể khơng có electron tự Khi bị chiếu sáng, phô tôn ánh sáng kích thích truyền tồn lượng cho electron liên kết làm cho electron giải phóng khỏi liên kết trở thành electron tự đồng thời để lại lỗ trống Cả electron lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện nên chất nói trở nên dẫn điện tốt
Hiện tượng ánh sáng (hoặc xạ điện từ) giải phóng êlectron liên kết để chúng trở thành êlectron dẫn đồng thời giải phóng lỗ trống tự gọi tượng quang điện
2 Quang điện trở
R 3
4 G
6
Người ta phủ len đế cách điện (1) (bằng thủy tinh hay chất dẻo) lớp bán dẫn mỏng (2), bề dày chừng 20 30 µm (như chì sunfua hay cađimi sunfua) Từ hai đầu lóp bán dẫn, người ta làm điện cực (3) kim loại dẫn dây dẫn (4) ; mạch nối với điện kế (5), điện trở tải R nguồn điện (6) Khi cường độ ánh sáng chiếu vào quang điện trở thay đổi, cườg độ dòng điện mạch thay đổi hiệu điện hai đầu điện trở tải B thay đổi, phù hợp với biến thiên cường độ ánh sáng
Là điện trở làm chất quang dẫn
Cấu tạo: sợi dây chất quang dẫn gắn đế cách điện Điện trở thay đổi từ vài MΩ → vài chục Ω
3 Pin quang điện
a Khái niệm: Là pin chạy lượng ánh sáng Nó biến đổi trực tiếp quang thành điện + Hiệu suất 10%
b Cấu tạo:
Pin có bán dẫn loại n, bên có phủ lớp mỏng bán dẫn loại p, lóp kim loại mỏng Dưới đế kim loại Các kim loại đóng vai trị điện cực trơ
Giữa p n hình thành lớp tiếp xúc p − n Lớp ngăn không cho e khuếch tán từ n sang p lỗ trống khuyếch tán từ p sang n → gọi lớp chặn
p
G
qd
I
tx
E
(2)GV Nguyễn Mạnh Trường – DĐ: 0978.013.019 2 Website: thaytruong.vn Khi chiếu ánh sáng có 0 gây tượng quang điện Êlectron qua lớp chặn xuống bán dẫn n, lỗ trống bị giữ lại → Điện cực kim loại mỏng hên nhiễm điện (+) → điện cực (+), đế kim loại nhiễm điện (−) → điện cực (−)
Suất điện động pin quang điện từ 0,5 V → 0,8 V c Ứng dụng
Pin quang điện trở thành nguồn cung cấp điện cho vùng sâu, vùng xa nước ta, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ, máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi,
7 Hiện tượng quang điện Quang trở Pin quang điện
Hiện tượng ánh sáng (hoặc xạ điện từ) giải phóng êlectron liên kết để chúng trở thành êlectron dẫn đồng thời giải phóng lỗ trống tự gọi tượng quang điện
Điều kiện để xảy tượng quang điện trong: 0 Quang trở để bóng tối: 0
0
E I
r R
Quang trở chiếu xáng: I E r R
Hiệu suất pin quang điện:
sang sang
UI UI H
P I S
B BÀI TẬP VẬN DỤNG
5 G
E,r
1
Ví dụ 1: Một chất bán dẫn có giới hạn quang dẫn µm Biết tốc độ ánh sáng chân không 3.108 m/s số Plank 6,625.10−34 Js Tính lượng kích hoạt chất
A 4.10−19J B 3,97 eV C 0,35 eV D 0,25 eV Hướng dẫn
26
20
0
hc 149,875.10
A 3,97.10 J 0, 25 eV
5.10
Chọn D
Ví dụ 2: Một mạch điện gồm pin có suất điện động 12 V điện trở Ω mắc nối tiếp với quang điện trở Khi quang trở không chiếu sáng cường độ dịng điện chạy qua mạch vào khoảng 1,2 µA Xác định điện trở quang điện trở bóng tối Khi quang trở chiếu sáng cường độ dịng điện mạch 0,5 A Tính điện trở quang điện trở lúc chiếu sáng
Hướng dẫn
Điện trở quang điện trở bóng tối chiếu sáng là:
6
0
0
E 12
I 1, 2.10 R 10 10 M
r R R
E 12
I 0,5 R 20
r R R
Ví dụ 3: Một pin quang điện gồm nhiều pin mắc nối tiếp Diện tích tổng cộng pin 0,4 m2 Dòng ánh sáng chiếu vào pin có cường độ 1000 W/m2 Khi cường độ dịng điện mà pin cung cấp cho mạch 2,5A điện áp đo hai cực rủa pin 20 V Hiệu suất pin
A 43,6% B 14,25% C 12,5% D 28,5% Hướng dẫn
sang sang
UI UI 20.2,5
H 0,125 12,5%
P I S 1000.0,
Chọn C
Ví dụ 4: Một mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm quang trở, cuộn cảm có cảm kháng 20Ω , có điện trớ 30 Ω tụ điện có dung kháng 60 Ω Chiếu sáng quang trở với cường độ sáng định cơng suất tiêu thụ điện quang trở cực đại Xác định điện trở quang trở
A 40 Ω B 20 Ω C 50 Ω D 10 Ω
Hướng dẫn
2 2
2
cd max L C
P R r Z Z 30 20 60 50 Chọn C
(3)GV Nguyễn Mạnh Trường – DĐ: 0978.013.019 3 Website: thaytruong.vn A I2 < I1 U2 > U1 B I2 < I1 U2 < U1 C I2 > I1 U2 > U1 D I2 > I1 U2 < U1
Hướng dẫn Số ampe kế vôn kế là:
E I
r R
E E
U IR R
r r R 1
R
Khi tắt chùm ánh sáng trắng R (điện trở quang trở) tăng nên I giảm u tăng Chọn A
BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Bài 1: Một mạch điện gồm pin có suất điện động V điện trở 6Ω mắc nối tiếp với quang điện trở Khi quang trở khơng chiếu sáng cường độ dòng điện chạy qua mạch vào khoảng 0,6 μA Xác định điện trở quang điện trở bóng tối
A MΩ B MΩ C 15 MΩ D 10 MΩ
Bài 2: Một mạch điện gồm pin có suất điện động V điện trở Ω mắc nối tiếp với quang điện trở Khi quang trở chiếu sáng cường độ dịng điện mạch 0,5 A Tính điện trở quang điện trở lúc chiếu sáng
A 12 Ω B Ω C 20 Ω D 10 MΩ
Bài 3: Một chất bán dẫn có giới hạn quang dẫn 0,62μm Biết tốc độ ánh sáng chân không 3.108 m/s Chiếu vào chất bán dẫn chùm xạ đơn sắc có tần số f1 = 4,5.1014Hz; f2 = 5,0.1013 Hz; f3 = 6,5.1013 Hz; f4 = 6,0.1014 Hz tượng quang dẫn xảy với:
A chùm xạ B chùm xạ C chùm xạ D chùm xạ
Bài 4: Một pin quang điện gồm nhiều pin mắc nối tiếp Diện tích tổng cộng pin 0,4 m2 Dịng ánh sáng chiếu vào pin có cường độ 1000 W/m2 Khi cường độ dòng điện mà pin cung cấp cho mạch 2,85A điện áp đo hai cực pin 20 V Hiệu suất pin
A 43,6% B 14,25% C 12,5% D 28,5%
Bài 5: Một mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm quang trở, cuộn cảm có cảm kháng 20 Ω tụ điện có dung kháng 60Ω Chiếu sáng quang trở với cường độ sáng định cơng suất tiêu thụ điện mạch cực đại Xác định điện trở quang trở
A 40Ω B 20 Ω C 50 Ω D 90 Ω
ĐÁP ÁN BÀI TẬP TỰ LUYỆN
1.C 2.A 3.D 4.B 5.A
TRẮC NGHIỆM LÝ THUYẾT
Câu 1: Trong tượng quang dẫn: Năng lượng cần thiết để giải phóng electron liên kết thành electron tự A bước sóng dài ánh sáng kích thích gây tượng quang dẫn
A hc
A B
hA
c C A D
A hc
Câu 2: Hiện tượng quang dẫn tượng
A.giảm mạnh điện trở suất chất bán dẫn bị chiếu chùm ánh sáng thích hợp B.giảm mạnh điện trở số kim loại chiếu chùm sáng thích hợp C.chất bán dẫn chiếu chùm sáng thích hợp ngừng dẫn điện
D.điện trở kim loại tăng lên bị chiếu sáng chùm sáng thích hợp Câu 3: Quang dẫn tượng
A.kim loại phát xạ electron kim loại chiếu sáng
B.điện trở vật giảm mạnh hạ nhiệt độ vật xuống thấp C.các electron bật khỏi bề mặt chất bán dẫn khối bán dẫn chiếu sáng D.điện trở suất chất bán dẫn giảm mạnh chiếu sáng thích hợp Câu 4: Pin quang điện
A ứng dụng tượng quang dẫn B pin chạy lượng ánh sáng C có suất điện động lớn pin hóa học D có hiệu suất khơng cao (cỡ 50%) Câu 5: Khi chiếu chùm sáng thích hợp vào khối bán dẫn
A.mật độ electron khối bán dẫn giảm mạnh B.nhiệt độ khối bán dẫn giảm nhanh
(4)GV Nguyễn Mạnh Trường – DĐ: 0978.013.019 4 Website: thaytruong.vn D.cấu trúc tinh thể khối bán dẫn thay đổi
Câu 6: Chọn phát biểu sai:
A.Hiện tượng tạo thành electron dẫn lỗ trống bán dẫn chiếu sáng gọi tượng quang điện
B Hiện tượng giảm mạnh điện trở suất bán dẫn chiếu sáng thích hợp gọi tượng quang dẫn
C.Trong tượng quang dẫn, bước sóng ánh sáng kích thích lớn điện trở suất bán dẫn nhỏ
D.Quang điện trở, pin quang điện thiết bị hoạt động dựa tượng quang điện bên Câu 7: Pin quang điện nguồn điện,
A.hóa biến đổi trực tiếp thành điện B quang biến đổi trực tiếp thành điện C.cơ biến đổi trực tiếp thành điện D.nhiệt biến đổi trực tiếp thành điện Câu 8: Chọn phát biểu sai:
A.Giới hạn kim loại kim loại kiềm nằm vùng ánh sáng nhìn thấy B Có thể giải thích tính quang dẫn thuyết photon
C.Quang điện trở hoạt động dựa vào tượng quang điện
D.Pin quang điện hoạt động dựa vào tượng quang điện xảy bên cạnh lớp chặn Câu 9: Chọn phát biểu đúng:
A.Trong pin quang điện, lượng Mặt Trời biến đổi toàn thành điện
B Theo định nghĩa, tượng quang điện nguyên nhân sinh tượng quang dẫn C.Suất điện động pin quang điện xuất pin chiếu sáng
D.Bước sóng ánh sáng chiếu vào khối bán dẫn lớn điện trở khối nhỏ Câu 10: Phát biểu sau sai?
A.Nguyên tắc hoạt động tất tế bào quang điện dựa tượng quang dẫn B Điện trở pin quang điện giảm mạnh có ánh sáng thích hợp chiếu vào
C.Có số tế bào quang điện hoạt động kích thích ánh sáng nhìn thấy D.Trong pin quang điện, quang biến đổi trực tiếp thành điện
ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM LÝ THUYẾT
1.A 2.A 3.D 4.B 5.C 6.C 7.B 8.C 9.C 10.A