Khi chất bán dẫn silicon tiếp xúc với năng lượng, các electron tự do ở điện cực N sẽ di chuyển sang để lấp đầy các lỗ trống bên điện cực P.. Sau đó, các electron từ điện cực N và điện cự[r]
(1)BÀI GIÁO ÁN HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG, QUANG TRỞ VÀ PIN QUANG ĐIỆN
A Mục tiêu Kiến thức
- Nêu tượng quang điện số đặc điểm tượng
- Nêu tượng quang dẫn giải thích tượng thuyết lượng tử ánh sáng
- Nêu quang trở
- Nêu pin quang điện Nêu nguyên tắc cấu tạo giải thích q trình tạo thành hiệu điện hai cục pin quang điện Kỹ
- Phân biệt tượng quang điện tượng quang điện ngồi
- Giải thích hoạt động quang trở pin quang điện Phát triển lực chuyên biệt
- Về kiến thức:
+ K1: Trình bày kiến thức tượng, đại lượng, định luật, nguyên lý vật lý bản, phép đo, số vật lý
+ K2: Trình bày mối quan hệ kiến thức vật lý
+ K3: Sử dụng kiến thức vật lý để thực nhiệm vụ học tập
+ K4: Vận dụng ( giải thích, dự đốn, tính tốn, đề giải pháp… ) kiến thức vật lý tình thực tiễn
- Về phương pháp:
+ P3: Thu nhập, đánh giá, lựa chọn xử lý thông tin từ nguồn khác để giải vấn đề học tập vật lý
- Trao đổi thông tin:
+ X4: Mô tả cấu tạo nguyên tắc hoạt động thiết bị kỹ thuật, công nghệ
(2)+ C5: Sử dụng kiến thức vật lý để đánh giá cảnh báo mức độ an tồn thí nghiệm, vấn đề sống công nghệ đại
B Chuẩn bị: Giáo viên
- Xem lại “Dòng điện chất bán dẫn” - Hình vẽ 46.1 hình 46.2 SGK
- Phiếu học tập Học sinh
- Ôn lại kiến thức phần “Dòng điện chất bán dẫn” Dự kiến nội dung ghi bảng
CHƯƠNG VII LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Tiết 77 Bài 46: HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG. QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ PIN QUANG ĐIỆN.
I. Hiện tượng quang điện trong a Hiện tượng quang điện - Định nghĩa: SGK
- Điều kiện để có tượng quang điện trong:
λ ≤ λ0, với λ0 giới hạn quang điện bán dẫn
- Chú ý:
Giới hạn quang điện nhiều chất bán dẫn nằm vùng hồng ngoại, ví dụ:
Ge λ0=1,88 µm
Si λ0=1,11 µm
CdS λ0=0 90 µm
b Hiện tượng quang dẫn - Định nghĩa: SKG
- Giải thích tượng: SKG II. Quang trở
a Cấu tạo:
- Là điện trở làm chất bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi cường độ sáng chiếu vào thay đổi
(3)- Dựa vào tượng quang điện c Ứng dụng:
- Thường lắp với mạch khuếch đại thiết bị điều khiển ánh sáng, máy đo ánh sáng
III. Pin quang điện
a Là nguồn điện, quang biến đổi trực tiếp thành điện
b Cấu tạo:
- Gồm bán dẫn loại n, bên có phủ lớp mỏng bán dẫn loại p, lớp kim loại mỏng suốt với ánh sáng Các kim loại đóng vai trị điện cực
- Giữa p n hình thành lớp tiếp xúc p-n c Nguyên tắc hoạt động:
- Dựa vào tượng quang điện d Ứng dụng :
- Là nguồn cung cấp điện cho vùng sâu vùng xa, máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi…
C Tổ chức hoạt động dạy học Đặt vấn đề:
Ngày nay, người ta sử dụng lượng mặt trời để phục vụ cho sống nhiều Và ứng dụng phổ biến pin mặt trời
Vậy pin mặt trời hoạt động dựa nguyên tắc gì? Bài học hơm tìm hiểu
Hoạt động 1(15 phút): Tìm hiểu tượng quang điện
Hoạt động GV Hoạt động HS Phát triển lực -Yêu cầu HS quan sát
SGK trả lời: Khi bán dẫn tinh khiết chiếu chùm ánh sáng có bước sóng thích hợp electron xuất gì?
- Quan sát trả lời: + Electron liên kết bán dẫn khỏi nguyên tử bán dẫn chuyển động tự khối
(4)-Nhận xét câu trả lời HS
-Vậy , tượng quang điện gì?
-Phiếu học tập số
-Nêu điều kiện để có tượng quang điện
-Cho HS thảo luận nhóm trả lời: Năng lượng để giải phóng electron liên kết chất bán dẫn so với cơng electron kim loại
bán dẫn
+ Xuất lổ trống tham gia vào q trình dẫn điện
-Trả lời:
Hiện tượng tạo thành êlectron dẫn lỗ trống bán dẫn, tác dụng ánh sáng có bước sóng thích hợp, gọi tượng quang điện -Thực phiếu học tập 1: hoạt động nhóm
-Trả lời:
Điều kiện để có tượng quang điện trong:
λ ≤ λ0, với λ0 giới hạn
quang điện bán dẫn
-Thảo luận trả lời
K1: Trình bày định nghĩa tượng quang điện
K3:
Vận dụng kiến thức tượng quang điện tượng quang điện để thực nhiệm vụ học tập
X8:
Tham gia hoạt động nhóm học tập vật lí
X8:
(5)-Giá trị điện trở bán dẫn thay đổi chiếu ánh sáng vào nó?
-Yêu cầu HS phát biểu khái niệm tượng quang dẫn
-Yêu cầu HS giải thích tượng quang dẫn dựa vào tượng quang điện
-Trả lời:
Giảm hình thành cặp electron lỗ trống
-Phát biểu khái niệm
-Giải thích
K3:
Vận dụng kiến thức electron lỗ trống để thực nhiệm vụ học tập
K1:
Trình bày khái niệm tượng quang dẫn
K3:
Giải thích tượng quang dẫn dựa vào tượng quang điện
P3:
Lựa chọn, xử lí thơng tin tượng quang điện để giải thích tượng quang dẫn
Hoạt động 2( 10 phút): Tìm hiểu quang điện trở
Hoạt động GV Hoạt động HS Phát triển lực -Giới thiệu quang điện
trở
-Cho HS quan sát sơ đồ
-Lắng nghe ghi nhận
-Quan sát
K1:
(6)Dựa vào sơ đồ, yêu cầu HS trình bày cấu tạo quang điện trở
-Dựa vào sơ đồ, cường độ ánh sáng chiếu vào quang điện trở thay đổi cường độ dòng điện mạch hiệu điện hai đầu điện trở tải R có thay đổi khơng?
-Trình bày ứng dụng quang điện trở
-Hãy tìm ví dụ ứng dụng quang điện trở sống
-Tìm hiểu cấu tạo quang điện trở
-Trả lời:
+ Cường độ dòng điện mạch thay đổi + Hiệu điện hai đầu điện trở tải R thay đổi
-Tìm hiểu ứng dụng quang điện trở
-Lấy ví dụ
X4:
Mơ tả cấu tạo quang điện trở
K3:
Nguyên tắc hoạt động quang điện trở
K3:
Ứng dụng quang điện trở
K4:
Lấy ví dụ quang điện trở sống
Hoạt động 3( 10 phút) : Tìm hiểu pin quang điện
Hoạt động GV Hoạt động HS Phát triển lực
-Pin quang điện thiết bị biến đổi từ dạng lượng sang dạng lượng nào?
-Cho HS quan sát
-Trả lời:
Biến đổi trực tiếp quang sang điện
-Tìm hiểu cấu tạo
K1: Trình bày khái niệm pin quang điện
(7)Yêu cầu HS nêu cấu tạo pin quang điện
-Yêu cầu HS thảo luận nhóm nêu nguyên tắc hoạt động pin quang điện dựa vào sơ đồ cấu tạo trên: + Khi chiếu ánh sáng có λ ≤ λ0 có tượng
xảy pin quang điện?
+ Lớp chuyển tiếp p-n có tác dụng gì?
+ Khi điện cực điện cực dương điện cực điện cực âm?
- Yêu cầu HS lấy số ứng dụng pin quang điện thực tế
pin quang điện
-Thảo luận trả lời
-Trả lời:
Xảy tượng quang điện lớp bán dẫn loại p
-Trả lời:
Dưới tác dụng điện trường lớp chuyển tiếp, electron qua lớp chặn xuống bán dẫn n, lỗ trống bị giữ lại
-Trả lời:
Điện cực bên điện cực dương, điện cực bên điện cực âm
-Trả lời
Mô tả cấu tạo pin quang điện
X4+X8:
Thảo luận nhóm mơ tả ngun tắc hoạt động pin quang điện
K4:
(8)thực tế Hoạt động (7 phút): Vận dụng, củng cố
Hoạt động GV Hoạt động HS Phát triển lực -Nêu lại nội dung
chính - Phiếu học tập số
-Lắng nghe tiếp thu -Thực phiếu học tập 2: hoạt động nhóm
X8:Tham gia hoạt động nhóm học tập vật lí
C5: Sử dụng kiến thức vật lí để đánh giá vấn đề sống Hoạt động 5(3 phút): Hướng dẫn nhà
Hoạt động GV Hoạt động HS
-Yêu cầu HS làm tập sách tập
-Tìm hiểu cách tạo dịng điện từ pin mặt trời
-Yêu cầu HS chuẩn bị sau: Mẫu nguyên tử Bo quang phổ vạch nguyên tử Hidro
-Ghi tập nhà
-Chuẩn bị
Nguyên tắc hoạt động pin mặt trời ứng dụng để tạo thành dòng điện sử dụng sống:
Tấm pin mặt trời, có bề mặt lớn thu thập ánh nắng mặt trời biến thành điện năng, làm nhiều tế bào quang điện có nhiệm vụ thực trình tạo điện từ ánh sáng mặt trời
(9)Vì quan trọng điện, tìm cách để tạo điện Đa số cách tạo điện gây hại cho môi trường nguồn tài nguyên hóa thạch dần cạn kiệt Năng lượng tái tạo trở thành ưu tiên số Và lượng mặt trời loại lượng tái tạo tuyệt vời
Quá trình biến đổi ánh sáng thành điện gọi “quang điện” Tế bào quang điện thiết bị xây dựng để thu ánh sáng mặt trời biến thành dịng điện sử dụng Tấm pin mặt trời, có bề mặt lớn thu thập ánh nắng mặt trời biến thành điện năng, làm nhiều tế bào quang điện có nhiệm vụ thực trình tạo điện từ ánh sáng mặt trời
Chất bán dẫn
Một tế bào lượng mặt trời chế tạo vật liệu bán dẫn, ví dụ silicon Chất bán dẫn có độ dẫn điện mức trung gian chất dẫn chất cách điện Silicon có mức dẫn điện hạn chế có cấu trúc tinh thể phù hợp cho việc tạo chất bán dẫn Nguyên tử silicon cần electron để trung hịa điện tích lớp vỏ bên ngồi ngun tử silicon có nửa số electron cần thiết nên bám chặt với nguyên tử khác để tìm cách trung hịa điện tích
(10)chất bán dẫn silicon có hai phần, phần pha tạp với loại vật liệu khác Phần pha với phốt pho, phốt cần electron để trung hịa điện tích có đủ electron vỏ Khi kết hợp với silicon, electron bị dư Electron đặc trưng cho điện tích âm nên phần gọi silicon loại N (điện cực N) Để tạo silicon loại P (điện cực P), nhà khoa học kết hợp silicon với boron Boron cần electron để trung hòa điện tích kết hợp với silicon tạo lỗ trống cần lấp đầy electron
Khi chất bán dẫn silicon tiếp xúc với lượng, electron tự điện cực N di chuyển sang để lấp đầy lỗ trống bên điện cực P Sau đó, electron từ điện cực N điện cực P tạo điện trường Các tế bào lượng mặt trời trở thành diode, cho phép electron di chuyển từ điện cực P đến điện cực N, không cho phép di chuyển ngược lại
(11)Khi điện trường tạo ra, tất cần làm thu thập chuyển thành dịng điện sử dụng Một biến tần gắn với tế bào lượng mặt trời biến dòng điện từ chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) Dòng điện xoay chiều dòng điện sử dụng khắp nơi
Phiếu học tập số 1:
Nêu điểm giống khác tượng quang điện tượng quang điện
Đáp án:
- Giống: Dưới tác dụng ánh sáng thích hợp hình thành electron tự - Khác:
+ Hiện tượng quang điện ngoài: Các electron bật khỏi kim loại
+ Hiện tượng quang điện trong: Các electron khỏi nguyên tử bán dẫn chuyển động tự khối bán dẫn
Phiếu học tập số 2:
Câu 1:Hiện tượng quang dẫn tượng:
A Điện trở chất bán dẫn tăng chiếu sáng B Điện trở kim loại giảm chiếu sáng C Điện trở chất bán dẫn giảm chiếu sáng D Truyền dẫn ánh sáng theo sợi quang uốn cong Câu 2: Pin quang điện cung cấp điện cho:
A Máy tính bỏ túi B Máy đo ánh sáng C Cả A B D Cả A B sai
Câu 3: Quang điện trở chế tạo dựa trên: A Hiện tượng quang điện