Giáo án Vật Lí 12 Bài 31: Hiện tượng quang điện trong mới nhất

HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (2’)

Mục tiêu: HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới.

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Nêu cho cô những thiết bị dung năng lượng mặt trời mà em biết?

Cho HS quan sát h.a của pin quang điện

Các pin năng lượng Mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế. Do giá thành còn đắt, chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện lưới khó vươn tới như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt động trên không gian; cụ thể như các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước... Các Pin năng lượng Mặt trời được thiết kế như những modul thành phần, được ghép lại với nhau tạo thành các tấm năng lượng Mặt trời có diện tích lớn, thường được đặt trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể có ánh sáng nhiều nhất, và kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện. Các tấm pin Mặt Trời lớn ngày nay được lắp thêm bộ phận tự động điều khiển để có thể xoay theo hướng ánh sáng, giống như loài hoa hướng dương hướng về ánh sáng Mặt Trời.

Vậy nguyên tắc hoạt động của chúng dựa vào hiện tượng nào? Chúng ta…

- HS đưa ra phán đoán

- HS định hướng bài mới

Tiết 52:

HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG

HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’)

Mục tiêu:

- Tính quang dẫn là gì?

- định nghĩa về hiện tượng quang điện trong và vận dụng để giải thích được hiện tượng quang dẫn.

- định nghĩa, cấu tạo và chuyển vận của các quang điện trở và pin quang điện

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

- Y/c HS đọc Sgk và cho biết chất quang dẫn là gì?

- Một số chất quang dẫn: Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe…

- Dựa vào bản chất của dòng điện trong chất bán dẫn và thuyết lượng tử, hãy giải thích vì sao như vậy?

- Hiện tượng giải phóng các hạt tải điện (êlectron và lỗ trống) xảy ra bên trong khối bán dẫn khi bị chiếu sáng nên gọi là hiện tượng quang dẫn trong.

- So sánh độ lớn của giới hạn quang dẫn với độ lớn của giới hạn quang điện và đưa ra nhận xét.

- HS đọc Sgk và trả lời.

- Chưa bị chiếu sáng → e liên kết với các nút mạng → không có e tự do

→ cách điện.

- Bị chiếu sáng

→ e truyền cho 1 phôtôn. Nếu năng lượng e nhận được đủ lớn

→ giải phóng e dẫn (+ lỗ trống)

→ tham gia vào quá trình dẫn điện

→ trở thành dẫn điện.

- Giới hạn quang dẫn ở vùng bước sóng dài hơn giới hạn quang điện vì năng lượng kích hoạt các e liên kết để chúng trở thành các e dẫn nhỏ hơn công thoát để bức các e ra khỏi kim loại.

I. Chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong

1. Chất quang dẫn

- Là chất bán dẫn có tính chất cách điện khi không bị chiếu sáng và trở thành dẫn điện khi bị chiếu sáng.

2. Hiện tượng quang điện trong

- Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectron liên kết để chúng trở thành các êlectron dẫn đồng thời giải phóng các lỗ trống tự do gọi là hiện tượng quang điện trong.

- Ứng dụng trong quang điện trở và pin quang điện.

- Y/c HS đọc Sgk và cho quang điện trở là gì? Chúng có cấu tạo và đặc điểm gì?

- Cho HS xem cấu tạo của một quang điện trở.

- Ứng dụng: trong các mạch tự động.

- HS đọc Sgk và trả lời.

- HS ghi nhận về quang điện trở.

II. Quang điện trở

- Là một điện trở làm bằng chất quang dẫn.

- Cấu tạo: 1 sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện.

- Điện trở có thể thay đổi từ vài MW → vài chục W.

- Thông báo về pin quang điện (pin Mặt Trời) là một thiết bị biến đổi từ dạng năng lượng nào sang dạng năng lượng nào?

- Minh hoạ cấu tạo của pin quang điện.

- Trong bán dẫn n hạt tải điện chủ yếu là êlectron, bán dẫn loại p hạt tải điện chủ yếu là lỗ trống → ở lớp chuyển tiếp hình thành một lớp nghèo. Ở lớp nghèo về phía bán dẫn n và về phía bán dẫn p có những ion nào?

- Khi chiếu ánh sáng có λ ≤ λ₀ → hiện tượng xảy ra trong pin quang điện như thế nào?

- Hãy nêu một số ứng dụng của pin quang điện?

- Trực tiếp từ quang năng sang điện năng.

- HS đọc Sgk và dựa vào hình vẽ minh hoạ để trình bày cáu tạo của pin quang điện.

- Về phía n sẽ có các ion đôno tích điện dương, về phía p có các ion axepto tích điện âm.

- Gây ra hiện tượng quang điện trong. Êlectron đi qua lớp chặn xuống bán dẫn n, lỗ trống bị giữ lại → Điện cực kim loại mỏng ở trên nhiễm điện (+) → điện cực (+), còn đế kim loại nhiễm điện (-) → điện cực (-).

- Trong các máy đó ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi…

III. Pin quang điện

1.  Là pin chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.

2. Hiệu suất trên dưới 10%

3. Cấu tạo:

a. Pin có 1 tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p, trên cùng là một lớp kim loại rất mỏng. Dưới cùng là một đế kim loại. Các kim loại này đóng vai trò các điện cực trơ.

b. Giữa p và n hình thành một lớp tiếp xúc p-n. Lớp này ngăn không cho e khuyếch tán từ n sang p và lỗ trống khuyếch tán từ p sang n → gọi là lớp chặn.

c. Khi chiếu ánh sáng có λ ≤ λ₀ sẽ gây ra hiện tượng quang điện trong. Êlectron đi qua lớp chặn xuống bán dẫn n, lỗ trống bị giữ lại → Điện cực kim loại mỏng ở trên nhiễm điện (+) → điện cực (+), còn đế kim loại nhiễm điện (-) → điện cực (-).

- Suất điện động của pin quang điện từ 0,5V → 0,8V .

4. Ứng dụng

(Sgk)

HOẠT ĐỘNG 3:  Hoạt động luyện tập (10')

Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học

Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình.

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Câu 1: Chọn phát biểu đúng về hiện tượng quang điện trong

A. Có bước sóng giới hạn nhỏ hơn bước sóng giới hạn của hiện tượng quang điện ngoài.

B. Ánh sáng kích thích phải là ánh sáng tử ngoại.

C. Có thể xảy ra khi được chiếu bằng bức xạ hồng ngoại.

D. Có thể xảy ra đối với cả kim loại.

Câu 2: Chọn phát biểu đúng về hiện tượng quang dẫn

A. Trong hiện tượng quang dẫn, các êlectron bị bứt ra khoỉ khối kim loại khi được chiếu sáng thích hợp.

B. Trong hiện tượng quang dẫn, độ dẫn điện của khối chất bán dẫn giảm khi được chiếu ánh sáng thích hợp.

C. Trong hiện tượng quang dẫn, điện trở của khối chất bán dẫn giảm khi được chiếu ánh sáng thích hợp.

D. Hiện tượng quang dẫn có thể xảy ra đối với cả kim loại và bán dẫn

Câu 3: Quang điện trở là

A. điện trở có giá trị bằng 0 khi được chiếu sáng.

B. điện trở có giá trị không đổi khi thay đổi bước sóng ánh sáng chiếu tới.

C. điện trở có giá trị giảm khi được chiếu sáng.

D. điện trở có giá trị tăng khi được chiếu sáng.

Câu 4: Chọn phát biểu đúng.

A. Chất quang dẫn là những kim loại dẫn điện tốt khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

B. Trong hiện tường quang điện trong, chỉ có các êlectron dân tham gia vào quá trình dẫn điện.

C. Điện trở suất của chất quang dẫn tăng khi được chiếu sáng thích hợp.

D. Pin quang điện biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.

Câu 5: Tìm phát biểu sai

A. Hiện tượng điện trở suất của chất bán dẫn giảm mạnh khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó là hiện tượng quang dẫn.

B. Dùng thuyết sóng ánh sáng ta có thể giải thích được sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử hyđrô.

C. Giới hạn quang điện trong thường lớn hơn giới hạn quang điện ngoài.

D. Dùng thuyết lượng tử về ánh sáng có thể giải thích được nguyên tắc hoạt động của oin quang điện.

Câu 6: Dụng cụ có nguyên tắc hoạt động dựa vào tác dụng của lớp tiếp xúc p – n là

A. tế bào quang điện.                                            

B. pin nhiệt điện

C. quang điện trở.                                                   

D. điôt điện tử

Câu 7: Pin quang điện

A. là dụng cụ biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.

B. là dụng cụ biến nhiệt năng thành điện năng.

C. hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện ngoài.

D. là dụng cụ có điện trở tăng khi được chiếu sáng.

Hướng dẫn giải và đáp án

HOẠT ĐỘNG 4: Hoạt động vận dụng (8’)

Mục tiêu: Vận dụng làm bài tập

Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình.

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

- Yêu cầu HS thảo luận :

Tại 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?

1. Chuyển giao nhiệm vụ học tập:

- GV chia nhóm yêu cầu hs trả lời thời gian 5 phút:

- GV theo dõi và hướng dẫn HS

2. Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập:

- GV Phân tích nhận xét, đánh giá, kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh.

1. Thực hiện nhiệm vụ học tập:

- HS sắp xếp theo nhóm, chuẩn bị bảng phụ và tiến hành làm việc theo nhóm dưới sự hướng dẫn của GV

2. Báo cáo kết quả hoạt  động và thảo luận

- Đại diện các nhóm trả lời

- Đại diện các nhóm nhận xét kết quả

- Các nhóm khác có ý kiến bổ sung.(nếu có)

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. Vì 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.

HOẠT ĐỘNG 5: Hoạt động tìm tòi và mở rộng (2’)

Mục tiêu: Tìm tòi và mở rộng kiến thức

Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề.

Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.

Tìm hiểu thêm về pin quang điện