CHƯƠNG 6: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG BÀI 2: HIỆN TƯỢNG QUANG DIỆN TRONG VÀ ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN Mục tiêu Kiến thức + Nêu khái niệm tượng quang điện + Phân biệt tượng quang điện với tượng quang điện (ngoài) + Nắm tượng quang dẫn + Nắm nguyên tắc hoạt động quang điện trở, pin quang điện, ứng dụng chúng Kĩ + Giải thích tập giới hạn quan điện + Giải thích tượng liên quan đến hiệu ứng quan điện Trang I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Hiện tượng quang điện Hiện tượng quang điện tượng ánh sáng giải phóng êlectron liên kết chúng trở thành êlectron dẫn đồng thời tạo lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện Chất quang dẫn: - Chất quang dẫn chất dẫn điện (điện trở lớn, Mạch tích hợp sử dụng công nghệ bán dẫn silic độ dẫn điện thấp) không bị chiếu sáng dẫn điện tốt (điện trở nhỏ, độ dẫn điện cao) chiếu sáng thích hợp - Các chất quang dẫn điển hình Gecmani (Ge), Silic (Si), cadimi suníua (Cds), - Các chất quang dẫn thường chất bán dẫn Hoạt động quang điện trở Điều kiện để xảy tượng quang điện Năng lượng phôtôn ánh sáng kích thích phải lớn lượng kích hoạt A (là lượng cần thiết để giải phóng electrơn liên kết thành electrơn dẫn) A hay 0 Ảnh thực tế quang điện trở 0 gọi “giới hạn quang dẫn” hay giới hạn quang điện chất dẫn Giới hạn quang dẫn đa số chất bán dẫn miền hồng ngoại, đó, cần dùng ánh sáng nhìn thấy đủ để xảy tượng quang dẫn Đối với chất giới hạn quang dẫn ln lớn giới hạn quang điện Nghĩa tượng quang dẫn dễ xảy quang điện Ứng dụng tượng quang điện a Quang điện trở Quang điện trở điện trở làm chất quang dẫn Nó có cấu tạo gồm sợi dây chất quang dẫn gắn đế cách điện Điện trở quang điện trở thay đổi từ vài M không chiếu sáng xuống đến vài chục chiếu ánh sáng thích hợp b Pin quang điện - Pin quang điện nguồn điện chạy lượng ánh sáng Nó biến đổi trực tiếp quang thành điện Trang - Hiệu suất pin quang điện vào khoảng 10% - Cấu tạo: dựa lớp tiếp xúc p-n hai loại bán dẫn - Suất điện động pin quang điện nằm khoảng từ 0,5 V đến 0,8 V - Pin quang điện ứng dụng máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi, phát điện để sử dụng cho gia đình, dùng nhiên liệu cho tơ, tàu, v.v - Pin quang điện nguồn lượng SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HĨA Ánh sáng giải phóng êlectron liên kết chúng trở thành êlectron dẫn đồng thời tạo lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện chất bán dẫn gọi hiệu ứng quang điện Quang điện trở Điện trở quang điện trở thay đổi từ vài M không chiếu sáng xuống đến vài chục chiếu ánh sáng thích hợp Hiện tượng quang điện Ứng dụng Pin quang ddienej Điều kiện xảy A hay 0 Giới hạn quang dẫn chất bán dẫn hầu hết thuộc vùng hồng ngoại Chất quang dẫn chất dẫn điện không bị chiếu sáng dẫn điện tốt chiếu sáng thích hợp - Pin quang điện nguồn điện chạy lượng ánh sáng Nó biến đổi trực tiếp quang thành điện II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Xác định giới hạn quang điện chất bán dẫn, xác định bước sóng xảy tượng quang điện Phương pháp giải Chú ý ghi nhớ điều kiện xảy tượng quang Ví dụ: Cơng êlectron chất bán dẫn điện trong: “Bước sóng ánh sáng kích thích nhỏ A 1,792.1019 J , số Plăng h 6,625.1034 J , giới hạn quang điện trong” vận tốc ánh sáng chân không c 3.108 m / s Và để ý công thức: 0 hc A Giới hạn quang điện chất bán dẫn Trang A 0, 295 m B 1,10m Bước 1: Xác định đại lượng biết chưa C 1,50 m D 0, 250 m biết Đổi đơn vị đơn vị Hướng dẫn giải Giới hạn quang điện chất bán dẫn trên: hc 6, 625.1034.3.108 1,10.106 m 1,1 m 19 A 1, 792.10 Bước 2: Từ đại lượng biết, sử dụng 0 cơng thức để tính đại lượng đề yêu cầu Chọn B Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Cơng êlectron khỏi chất bán dẫn Ge 0,66 eV Biết số Plăng 6.625.10-34 Js, tốc độ ánh sáng chân không 3.108m/s Giới hạn quang điện chất bán dẫn A 1,88 μm B 0,40 μm C 0,90 μm D 0,60 μm Hướng dẫn giải Giới hạn quang điện Ge là: hc 6, 625.1034.3.108 1,88.106 m 1,88 m A 0, 66.1, 6.1019 Chọn A Ví dụ 2: Một chất bán dẫn có cơng êlectron A = 0,22 eV Lần lượt chiếu vào cầu làm kim loại xạ điện từ có bước sóng: 1 1,875 m; 2 0,1925 m; 3 0,1685 m Bước sóng gây tượng quang điện chất bán dẫn là: A 3 B 1; 2 ; 3 C 1; 3 D 2 ; 3 Hướng dẫn giải Giới hạn quang điện chất bán dẫn: 0 hc hc 5, 646 m A 0, 22.1, 6.1019 Điều kiện để xảy quang điện trong: 0 Nhận thấy bước sóng xạ nhỏ giới hạn quang điện 0 => Cả xạ 1; 2 ; 3 gây tượng quang điện Chọn B Chú ý, đơn vị cơng eV, đổi đơn vị Jun Ví dụ 3: Giới hạn quang điện chất bán dẫn 300 nm Cơng êlectron chất bán dẫn A 3,12 eV B 2,5 eV C 6,25 eV D 4,14eV Hướng dẫn giải Cơng êlectron chất bán dẫn là: 6, 625.1034.3.108 A 6, 625.1019 J 4,14 eV 9 0 300.10 hc Chọn D Xảy tượng quang điện 0 Trang Dạng 2: Ứng dụng tượng quang điện Phương pháp giải Nắm thật vững lý thuyết quang điện trong, Ví dụ: Nguyên tắc hoạt động quang điện trở quang dẫn, quang điện trở tính chất dựa vào pin quang điện A tượng tán sắc ánh sáng B tượng quang điện Bước 1: Đánh giá tìm đối tượng câu hỏi C tượng quang điện Bước 2: Vận dụng lý thuyết trả lời câu hỏi D tượng phát quang chất rắn dùng phương án loại trừ Hướng dẫn giải Nguyên tắc hoạt động quang điện trở Quang điện trở hoạt động dựa hiệu ứng quang điện Chọn C Bài tập tự luyện Bài tập Câu 1: Phát biểu sai? A Điện trở quang trở giảm mạnh có ánh sáng thích hợp chiếu vào B Nguyên tắc hoạt động tất tế bào quang điện dựa tượng quang dẫn C Trong pin quang điện, quang biến đổi trực tiếp thành điện D Có số tế bào quang điện hoạt động kích thích ánh sáng nhìn thấy Câu 2: Dùng thuyết lượng tử ánh sáng khơng giải thích A tượng quang - phát quang B tượng giao thoa ánh sáng C nguyên tắc hoạt động pin quang điện D tượng quang điện Câu 3: Pin quang điện nguồn điện, A hóa biến đổi trực tiếp thành điện B quang biến đổi trực tiếp thành điện C biến đổi trực tiếp thành điện D nhiệt biến đổi trực tiếp thành điện Câu 4: Khi nói quang điện, phát biểu sau sai? A Pin quang điện hoạt động dựa tượng quang điện nhận lượng ánh sáng từ bên ngồi B Cơng êlectron kim loại thường lớn lượng cần thiết để giải phóng êlectron liên kết chất bán dẫn C Điện trở quang điện trở giảm có ánh sáng thích hợp chiếu vào D Chất quang dẫn chất dẫn điện không bị chiếu sáng trở thành chất dẫn điện tốt bị chiếu ánh sáng thích hợp Câu 5: Nguyên tắc hoạt động pin quang điện dựa vào A tượng tán sắc ánh sáng B phát quang chất Trang C tượng quang điện D tượng quang điện Câu 6: Có thể giải thích tính quang dẫn vật liệu thuyết? A Electron cổ điển B Sóng ánh sáng C Lượng tử ánh sáng D Động học phân tử Câu 7: Để chất bán dẫn trở nên dẫn điện tốt A xạ điện từ chiếu vào chất bán dẫn phải có bước sóng lớn giá trị phụ thuộc vào chất chất bán dẫn B xạ điện từ chiếu vào chất bán dẫn phải có tần số lớn giá trị f0 phụ thuộc vào chất chất bán dẫn C cường độ chùm xạ điện từ chiếu vào chất bán dẫn phải lớn giá trị xác định phụ thuộc vào chất chất bán dẫn D cường độ chùm xạ điện từ chiếu vào chất bán dẫn phải nhỏ giá trị phụ thuộc vào chất chất bán dẫn Câu 8: Phát biểu sau đúng? A Quang trở linh kiện bán dẫn hoạt động dựa tượng quang điện B Quang trở linh kiện bán dẫn hoạt động dựa tượng quang điện C Điện trở quang trở tăng nhanh quang trở chiếu sáng D Điện trở quang trở không đổi quang trở chiếu sáng ánh sáng có bước sóng ngắn Câu 9: Theo định nghĩa, tượng quang điện A tượng quang điện xảy bên khối kim loại B tượng quang điện xảy bên khối điện môi C nguyên nhân sinh tượng quang dẫn D giải phóng êlectron liên kết để chúng trở thành êlectron dẫn nhờ tác dụng xạ điện từ Câu 10: Hiện tượng quang dẫn tượng A chất cách điện trở thành dẫn điện chiếu sáng B giảm điện trở kim loại chiếu sáng C giảm điện trở chất bán dẫn, chiếu sáng D truyền dẫn ánh sáng theo sợi quang uốn cong cách Câu 11 Điều sau sai nói quang trở? A Bộ phận quan trọng quang điện trở lớp chất bán dẫn có gắn hai điện cực B Quang điện trở thực chất điện trở mà giá trị thay đổi theo nhiệt độ C Quang điện trở dùng thay cho tế bào quang điện D Quang điện trở điện trở mà giá trị khơng thay đổi theo nhiệt độ Câu 12 Điện trở quang điện trở có đặc điểm đây? A Có giá trị lớn B Có giá trị nhỏ C Có giá trị khơng đổi D Có giá trị thay đổi Câu 13 Pin quang điện nguồn điện A quang trực tiếp biến đổi thành điện Trang B lượng mặt trời biến đổi trực tiếp thành điện C quang điện trở, chiếu sáng, trở thành máy phát điện D tế bào quang điện dùng làm máy phát điện Câu 14 Pin quang điện hoạt động dựa vào nguyên tắc nào? A Sự tạo thành hiệu điện điện hóa hai điện cực B Sự tạo thành hiệu điện hai đầu nóng lạnh khác dây kim loại C Sự tạo thành hiệu điện tiếp xúc hai kim loại D Hiện tượng quang điện xảy bên cạnh lớp p-n Câu 15 Dụng cụ hoạt động dựa vào tượng quang điện trong? A Pin quang điện B Đèn LED C Tế bào quang điện D Đèn ống Câu 16 Khi tượng quang dẫn xảy ra, chất bán dẫn có hạt tham gia vào q trình dẫn điện A Êlectron hạt nhân B Electron ion dương C Electron lỗ trống mang điện âm D Electron lỗ trống mang điện dương Câu 17 Giới hạn quang điện chất bán dẫn A bước sóng nhỏ ánh sáng kích thích để tượng quang điện xảy B bước sóng dài ánh sáng kích thích để tượng quang điện xảy C cường độ cực đại ánh sáng kích thích để tượng quang điện xảy D cường độ cực tiểu chùm ánh sáng kích thích để tượng quang điện xảy Câu 18 Công thức liên hệ giới hạn quang điện trong, cơng êlectron chất bán dẫn, số Plăng h tốc độ ánh sáng chân không c là: A 0 hc A B 0 A hc C 0 c hA D 0 hA c Câu 19 Pin mặt trời không ứng dụng trực tiếp A vệ tinh nhân tạo B máy tính bỏ túi C phát điện để sử dụng cho gia đình D nấu chảy kim loại Bài tập nâng cao Câu 20 Một chất bán dẫn có cơng electron 0,4.10-19 J Chiếu vào kim loại xạ có bước sóng 1 1,8m, 2 2,1m, 3 5,32m 4 0,35 m Những xạ gây tượng quang điện chất có bước sóng A 1 2 B 3 4 C 2 , 3 4 D 1 , 2 4 Câu 21 Một chất bán dẫn có giới hạn quang dẫn 5μm Biết số Plăng 6.625.10-34 Js, tốc độ ánh sáng chân khơng 3.10 8m/s Tính lượng kích hoạt chất A 0,75 eV B 0,35 eV C 0,25 eV D 0,5 eV Câu 22 Chất bán dẫn CdS có bước sóng 0,72 μm Chiếu vào chất xạ có bước sóng khơng xảy quang điện trong? A 0,2 μm B 0,3 μm C 0,4 μm D 0,8 μm Trang Câu 23 Trong tượng quang dẫn, lượng cần thiết để giải phóng êlectron liên kết thành êlectron dẫn gọi lượng kích hoạt Biết lượng kích hoạt PbS 0,3 eV, lấy h = 6,625.1034 J.s, c = 3.108 m/s, e = 1,6.10-19 C, giới hạn quang dẫn PbS là: A 2,06 μm B 4,14 μm C 1,51 μm D 4,97 μm ĐÁP ÁN 1-B 2-B 3-B 4-A 5-C 6-C 7-B 8-B 9-D 10-C 11-B 12-D 13-A 14-D 15-A 16-D 17-B 18-A 19-D 20-D 21-C 22-D 23-B Trang ... Đối với chất giới hạn quang dẫn ln lớn giới hạn quang điện Nghĩa tượng quang dẫn dễ xảy quang điện Ứng dụng tượng quang điện a Quang điện trở Quang điện trở điện trở làm chất quang dẫn Nó có cấu... gia vào trình dẫn điện chất bán dẫn gọi hiệu ứng quang điện Quang điện trở Điện trở quang điện trở thay đổi từ vài M không chiếu sáng xuống đến vài chục chiếu ánh sáng thích hợp Hiện tượng quang. .. dụng tượng quang điện Phương pháp giải Nắm thật vững lý thuyết quang điện trong, Ví dụ: Nguyên tắc hoạt động quang điện trở quang dẫn, quang điện trở tính chất dựa vào pin quang điện A tượng tán