2.2.7.1.Mục tiêu bài học a. Mục tiêu kiến thức
- Nắm đƣợc chất quang dẫn là gì.
- Nêu đƣợc thế nào là hiện tƣợng quang điện trong.
- Phân biệt hiện tƣợng quang điện trong với hiện tƣợng quang điện ngoài.
- Nắm ứng dụng hiện tƣợng quang điện trong: quang điện trở, pin quang điện.
- Nêu đƣợc quang điện trở là gì, cấu tạo và khoảng thay đổi điện trở khi chiếu ánh sáng thích hợp vào nó.
- Nắm đƣợc cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của pin quang điện. b.Mục tiêu kĩ năng
- Vận dụng lý thuyết hiện tƣợng quang điện để giải thích hiện tƣợng quang dẫn.
- Thấy đƣợc vai trò của vật lý trong đời sống hằng ngày. 2.2.7.2. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh:
a. Giáo viên :
- Chuẩn bị thí nghiệm pin quang điện để chạy một động cơ nhỏ.
- Một máy tính bỏ túi chạy bằng pin quang điện.
- Phóng to hình vẽ 31.3 trong SGK.
- Sƣu tầm hình ảnh cận cảnh về pin quang điện.
- Bộ câu hỏi trắc nghiệm dẫn dắt, tái hiện, ôn tập.
b. Học sinh :
- Ôn lại kiến thức hiện tƣợng quang điện ngoài, thuyết lƣợng tử ánh sáng.
- Ôn lại chất bán dẫn, dòng điện trong chất bán dẫn đã học ở lớp 11.
- Tìm hiểu trƣớc về pin quang điện.
2.2.7.3.Thiết kế phƣơng án xây dựng kiến thức a. Lựa chọn phƣơng pháp
- Nội dung chính bài này là tìm hiểu hiện tƣợng quang điện trong và ứng dụng của nó là quang điện trở và pin quang điện. Vì kiến thức hiện tƣợng quang điện và chất bán dẫn đã học rồi nên GV dùng phƣơng pháp vấn đáp, đàm thoại là chủ yếu. Vừa dẫn dắt HS nhớ lại kiến thức cũ, trên cơ sở kiến thức cũ xây dựng kiến thức mới.
b. Phƣơng án
- Để tìm hiểu về chất quang dẫn, GV đƣa ra hệ thống câu hỏi logic để định hƣớng HS nhớ lại chất bán dẫn:
+ Kể tên các vật liệu bán dẫn đã học.
+ Đặc điểm của vật liệu bán dẫn.
+ Tác nhân gây ra khả năng dẫn điện trong chất bán dẫn.
+ Hạt tải điện trong chất bán dẫn là những hạt nào.
+ Bán dẫn loại n, loại p.
- Sau khi HS trả lời, GV thông báo cho HS, những vật liệu bán dẫn có khả năng dẫn điện khi bị chiếu sáng gọi là chất quang dẫn.
- Để HS tìm hiểu về hiện tƣợng quang điện trong, GV định hƣớng cho HS ôn lại về hiện tƣợng quang điện và thuyết lƣợng tử ánh sáng:
+ Hiện tƣợng quang điện là gì. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Điều kiện để xảy ra hiện tƣợng quang điện.
+ Dựa vào thuyết lƣợng tử giải thích hiện tƣợng quang điện.
- Sau khi HS trả lời, GV thông báo: đối với một số vật liệu (bán dẫn), ở điều kiện bình thƣờng nó là chất điện môi không có electron tự do. Nhƣng khi chiếu bằng ánh sáng thích hợp các electron liên kết trở thành các electron tự do bên trong và lúc này, chất bán dẫn là chất dẫn điện. Hiện tƣợng ánh sáng giải phóng các electron liên kết thành các electron tự do di chuyển, đồng thời tạo ra các lỗ trống mang điện tích dƣơng cùng tham gia vào quá trình dẫn điện gọi là hiện tƣợng quang điện trong.
- Tiếp theo yêu cầu HS xem bảng 31.1 và trả lời C1/SGK để so sánh hiện tƣợng quang điện ngoài và hiện tƣợng quang điện trong.
- Để tìm hiểu ứng dụng của hiện tƣợng quang điện trong, GV định hƣớng HS tự tìm hiểu và trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập theo các ý sau:
Quang điện trở:
+ Quang điện trở là gì.
+ Cấu tạo của quang điện trở.
+ Giới hạn điện trở của nó.
Xác nhận ý kiến đúng, nếu có thời gian cung cấp cho HS ứng dụng của quang điện trở trong kỉ thuật nhƣ: làm rơle quang điện; cảm nhận ánh sáng để điều khiển tắt mở dòng điện; cảm nhận các bức xạ trong lò nung để điều khiển mạch điện, kiểm soát nhiệt độ trong lò công nghiệp…
Pin quang điện:
+ Kể một số ứng dụng của pin quang điện.
+ Cấu tạo của pin quang điện.
+ Nguyên lý hoạt động của pin quang điện.
+ Nêu hoạt động của pin quang điện.
+ Nêu giới hạn về suất điện động của pin quang điện.
+ So sánh pin quang điện và pin hóa học.
- Sau mỗi phần trả lời của HS, GV xác nhận thông tin đúng và bổ sung thêm một số thông tin: ứng dụng của pin quang điện là máy đo ánh sáng; máy tính bảo túi; cung cấp điện cho trạm vũ trụ, khai thác đƣợc nguồn năng lƣợng sạch… và hiện nay chúng ta cũng sử dụng pin quang điện cho máy nƣớc nóng gia đình, bệnh viện… máy nƣớc nóng dùng bằng pin quang điện rất tiết kiệm mà có thể dùng cho cả hệ thống nƣớc trong nhà. Một số vùng không có điện lƣới, hệ thống pin quang điện cũng có thể cung cấp điện dân dụng.
- Cuối cùng, GV có thể tóm lƣợc lại cho HS nội dung chính cần ghi nhớ, tiếp theo yêu cầu HS làm một loạt các câu hỏi TNKQ trong phiếu học tập để cũng cố, ôn tập, vận dụng.
2.2.7.4. Tiến trình hoạt động dạy học cụ thể:
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Hoạt động 1 : Tìm hiểu chất quang dẫn và hiện tƣợng quang điện trong
Chất quang dẫn:
GV định hƣớng cho HS ôn lại chất bán dẫn bằng cách yêu cầu HS trả lời vào phiếu học tập những câu hỏi sau:
Câu 31.1: Điền từ thích hợp vào chỗ trống:
1. Hãy kể tên các vật liệu bán dẫn đã học … 2. Đặc điểm của vật liệu bán dẫn là gì ……… 3. Tác nhân gây ra khả năng dẫm điện là gì … 4. Hạttải điện trong chất bán dẫn là gì ……… 5. Cơ chế tạo ra hạt tải điện trong bán dẫn … 6. Phân biệt bán dẫn loại n và loại p …………
Sau khi HS trả lời, GV xác nhận thông tin đúng cho mỗi câu trả lời và thông báo cho HS: những vật liệu có tính chất cách điện khi ở điều kiện bình thƣờng và trở thành chất dẫn điện khi bị chiếu sáng. Những vật liệu này gọi là chất quang dẫn.
Hiện trƣợng quang điện trong:
Yêu cầu HS ôn lại bài cũ bằng cách trả lời vào phiếu học tập câu hỏi sau:
Câu 31.2: Hãy trả lời các câu hỏi sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1. Hiện tượng quang điện là gì ……… 2. Điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện … 3. Dựa vào thuyết lượng tử ánh sáng, hãy giải thích hiện tượng quang điện ………
Nhận xét kết quả trả lời của HS.
Dựa vào kiến thức đã ôn tập trƣớc ở nhà và trả lời:
1. Bán dẫn Silic, Gemani, Asen 2. ở điều kiện bình thƣờng là chất điện môi, nhƣng khi bị kích thích sẽ trở thành chất dẫn điện. 3. Ánh sáng, nhiệt, ion hóa… 4. Electron âm và lỗ trống mang điện tích dƣơng.
5. Electron nhận năng lƣợng kích thích từ bên ngoài, trở thành e tự do, đồng thời để lại lỗ trống mang điện dƣơng.
6. Bán dẫn loại n chứa mật độ electron tự do lớn hơn lỗ trống, loại p thì ngƣợc lại.
HS lắng nghe và ghi nhớ kiến thức.
Câu 31.3: Dựa vào thuyết lượng tử ánh sáng hãy giải thích hiện tượng xảy ra khi chiếu ánh sáng vào chất quang dẫn ………
Xác nhận ý kiến đúng cho câu trả lời và chốt lại kết luận.
+ Khi không bị chiếu sáng, các electron trong chất quang dẫn liên kết với các nút mạng tinh thể. Khi đó vật liệu là chất cách điện.
+ Khi bị chiếu sáng, mỗi photon ánh sáng kích thích truyền toàn bộ năng lƣợng của nó cho một electron liên kết. Năng lƣợng này đủ lớn thì electron bị bứt khỏi liên kết trở thành electron tự do, đồng thời sự di chuyển của electron để lại lỗ trống. Lỗ trống cũng tham gia vào quá trình dẫn điện. Kết quả,vật liệu trở thành chất dẫn điện.
+ Vậy, khi chiếu ánh sáng vào chất bán dẫn chỉ làm các electron liên kết trở thành electron dẫn, đồng thời giải phóng các lỗ trống, electron không bị bứt ra khỏi chất bán dẫn. Hiện tƣợng này gọi là hiện tƣợng quang điện trong.
Yêu cầu HS xem bảng 31.1 SGK và trả lời C1 để so sánh giới hạn quang điện và giới hạn quang dẫn. Đƣa ra nhận xét.
Cuối cùng xác nhận kiến thức đúng cho HS
HS dựa vào đáp án của câu 31.1 và 31.2 để trả lời.
HS lắng nghe, khắc sâu ghi nhớ.
Thực hiện yêu cầu của GV:
+ Giới hạn quang dẫn lớn hơn nhiều so với giới hạn quang điện.
+ Nhận xét: năng lƣợng của photon ánh sáng kích thích cung cấp cho hiện tƣợng quang điện trong nhỏ hơn nhiều so với hiện tƣợng quang điện ngoài.
Hoạt động 2: Tìm hiểu ừng dụng của hiện tƣợng quang điện trong.
Quang điện trở:
Đề nghị HS đọc mục 2 SGK và trả lời vào phiếu học tập:
Câu 31.1: Hãy trả lời các câu hỏi sau:
1. Quang điện trở là gì ………
2. Quang điện trở có cấu tạo như thế nào …… 3. Nêu giới hạn của quang điện trở …………
GV xác nhận ý kiến đúng và chốt lại thông tin cần nắm ở mục này.
Pin quang điện:
Yêu cầu HS đọc mục III SGK và trả lời vào phiếu học tập câu hỏi sau:
Câu 31.5: Hãy trả lời các câu hỏi sau:
1. Pin quang điện là gì ……… 2. Nêu cấu tạo của pin quang điện ………… 3. Nêu hoạt động của pin quang điện………… 4. Kể tên một số ứng dụng của pin quang điện: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5. Nêu giới hạn về suất điện động của pin quang điện ………
6. So sánh giới hạn về suất điện động của pin quang điện và pin hóa học ………
Nhận xét trả lời của HS và chốt lại thông tin đúng, bổ sung thêm thông tin về pin quang điện.
Cuối cùng, GV chốt lại nội dung bài học này cần nắm những gì. Tiến hành cho HS làm TNKQ để củng cố và ôn tập, vận dụng kiến thức đã học.
Thực hiện yêu cầu của GV và trả lời câu hỏi.
HS lắng nghe và ghi nhớ.
Thực hiện yêu cầu của GV và trả lời câu hỏi:
HS lắng nghe và ghi nhớ.
Hoạt động 3: Củng cố, ôn tập và vận dụng
GV lựa chọn thời gian thích hợp chốt lại kiến thức cần nắm trong bài và trả lời câu hỏi TNKQ
Câu 31.6: Chất quang dẫn là chất:
A. dẫn ánh sáng.
B. dẫn điện tốt khi được chiếu ánh sáng thích hợp.
C. có khả năng truyền ánh sáng khi bị nung nóng.
D. có khả năng phát sáng trong bóng tối.
Câu 31.7: Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng:
A. bứt các electron trong vật liệu ra khỏi nó khi được chiếu ánh sáng thích hợp.
B. xuất hiện các lỗ trống mang điện dương trong vật liệu bán dẫn.
C. giải phóng electron liên kết thành electron tự do đồng thời xuất hiện lỗ trống bên trong vật liệu bán dẫn khi được chiếu sáng.
D. Khi chiếu ánh sáng thì các electron trong chất bán dẫn di chuyển tự do, đồng thời xuất hiện lỗ trống.
Câu 31.8: Chọn câu sai:
A. Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi bước sóng của ánh sáng kích thích nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện.
B. Bước sóng của ánh sáng kích thích gây ra hiện tượng quang điện trong lớn hơn nhiều so với hiện tượng quang điện ngoài.
C. Giới hạn quang dẫn của một chất là bước sóng ngắn nhất của ánh sáng kích thích có thể gây ra hiện tượng quang điện trong của chất đó.
D. Khi xảy ra hiện tượng quang điện trong, electron không bị bứt ra khỏi bán dẫn.
Câu 31.9: Khi hiện tượng quang điện trong xảy ra, chất quang dẫn trở thành vật liệu dẫn điện tốt. Hạt tải điện trong chất quang dẫn lúc này là:
A. electron tự do. B. electron và hạt nhân.
C. electron và ion dương. D. electron và lỗ trống mang điện dương.
Câu 31.10: Giải thích nào sau đây là đúng khi nói về hiện tượng quang điện trong:
A. Mỗi electron liên kết nhận toàn bộ năng lượng của một photon ánh sáng, dao động mạnh và bứt ra khỏi nút mạng trở thành electron tự do đồng thời để lại lỗ trống. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
B. Mỗi electron liên kết nhận toàn bộ năng lượng của một photon ánh sáng, dao động mạnh và bức ra khỏi vật liệu bán dẫn.
C. Vật liệu bán dẫn nhận thêm photon ánh sáng nên trở thành chất dẫn điện.
D. Vì photon ánh sáng chuyển động với vận tốc rất lớn nên phá vỡ cấu trúc tinh thể của vật liệu bán dẫn, xuất hiện electron tự do và ion dương.
Câu 31.11: Chọn phát biểu sai khi nói về quang điện trở.
A. Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn.
B. Quang điện trở là một điện trở mà giá trị của nó thay đổi theo nhiệt độ.
C. Quang điện trở hoạt động dựa trên nguyên tắc của hiện tượng quang điện.
D. Quang điện trở chỉ hoạt động khi ánh sáng chiếu vào nó có bước sóng nhỏ hơn giới hạn quang điện của chất quang dẫn.
Câu 31.12: Chọn phát biểu đúng khi nói về pin quang điện:
A. Pin quang điện là nguồn điện biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.
B. Pin quang điện là nguồn điện biến đổi trực tiếp nhiệt năng thành điện năng.
C. Pin quang điện hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
D. Pin quang điện hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện ngoài.
Câu 31.13: Nguyên tắc hoạt động của quang điện trở dựa vào:
A. Hiện tượng quang điện ngoài. B. Hiện tượng quang điện trong.
C. Hiện tượng nhiệt điện. D. Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ.
Câu 31.14: Có thể giải thích tính quang dẫn bằng thuyết:
A. sóng ánh sáng. B. động học phân tử.
C. lượng tử ánh sáng. D. electron cổ điển.
Câu 31.15: Hiện tượng quang điện trong và hiện tượng quang điện ngoài đều có:
A. Sự bứt electron ra khỏi vật liệu khi chiếu ánh sáng thích hợp.
B. Năng lượng mỗi photon của ánh sáng chiếu tới phải có năng lượng lớn hơn công thoát của một electron.
C. Sự tạo thành các dòng electron dẫn điện khi chiếu ánh sáng thích hợp.
D. Giới hạn quang điện như nhau.
Câu 31.16: Hiện tượng quang điện trong và quang điện ngoài khác nhau ở chỗ:
A. Sự tạo thành dòng các electron quang dẫn.
B. Hiện tượng quang điện ngoài thì có sự bức các electron ra khỏi kim loại. Còn hiện tượng quang điện trong thì các electron chỉ trở thành dòng các electron tự do bên trong.
C. Giới hạn quang điện trong nhỏ hơn giới hạn quang điện ngoài.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});