Giáo án vạt lý - Tiết 75: quang trởvà pin quang điện

TIẾT 75: QUANG TRỞ VÀ PIN QUANG ĐIỆN I. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: A. Trọng tâm: - Khái niệm về hiện tượng quang dẫn và về hiện tượng quang điện bên trong. - Khái niệm, cấu tạo và hoạt động của quang trở và pin quang điện. - Những ưu điểm của quang trở so với tế bào quang điện chân không. B. Kỹ năng: - Phân biệt được hiện tượng quang điện bên trong và hiện tượng quang điện bên ngoài. - Giải thích được hoạt động của quang trở và pin quang điện. - Giải được những bài toán đơn giản về quang trở và pin quang điện. C. Phương pháp: Diễn giảng, pháp vấn, gợi mở. II. CHUẨN BỊ: Học sinh: xem Sgk GV: Chuẩn bị máy tính sử dụng năng lượng mặt trời (hoặc máy đo ánh sáng) làm dụng cụ trực quan. III. TIẾN HÀNH LÊN LỚP: A. Ổn định: B. Kiểm tra: 1. Hiện tượng quang điện là gì? Nêu thí nghiệm có hiện tượng quang điện? 2. Trình bày thí nghiệm với tế bào quang điện và nêu kết quả? C. Bài mới: PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG Nhắc lại: liên kết trong bán dẫn là liên kết gì? (liên kết cộng hóa trị), ở điều kiện bình thường liên kết này như thế nào? (bền vững)  bán dẫn là chất gì? (điện môi) - Bán dẫn là một kim loại, khi chiếu bởi ánh sáng có bước sóng thích hợp thì bán dẫn các photon làm bứt ra các e- liên kết  tạo thành e- tự do; chỗ thiếu e-  tạo thành lỗ trống. e- và “lỗ trống” chuyển động tự do trong bán dẫn  làm cho bán dẫn bị I. HIỆN TƯỢNG QUANG DẪN: Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng điện trở của chất bán dẫn giảm mạnh khi bị chiếu sáng gọi là hiện tượng ẫn giảm mạnh khi bị chiếu sáng gọi là hiện tượng quang dẫn. 1. Sự tạo thành hạt mang điện: Trong hiện tượng quang dẫn, khi bán dẫn hấp thụ 1 photon của ánh sáng kích thích sẽ giải phóng 1 e- liên kết để nó trở thành e- tự do chuyển động trong khối bán dẫn đó và gọi là e- dẫn. Ngoài ra, chỗ e- liên kết được giải phóng để lại một “chỗ trống” mang điện tích dương và lỗ trống này cũng chiếu sáng sẽ trở nên dẫn điện tốt. có thể chuyển động và tham gia vào quá trình dẫn điện. - Phân biệt giữa hiện tượng quang điện bên trong và hiện tượng quang điện bên ngoài? (- Điểm giống nhau: các photon khi bị hấp thụ đều làm bứt ra các e-. - Điểm khác nhau: + Hiện tượng quang điện bên ngoài làm bứt ra các e- ra khỏi kim loại (Katod) để trở thành e- quang điện. + Hiện tượng quang điện bên trong làm bứt ra các e- ra khỏi liên kết để trở thành e- dẫn ngay trong khối đó) 2. Hiện tượng quang điện bên trong và bên ngoài: - Hiện tượng giải phóng một số e- liên kết để cho chúng trở thành e- dẫn gọi là hiện tượng quang điện bên trong. - Hiện tượng làm bứt ra các e- khỏi bề mặt Katod để chúng trở thành e- quang điện gọi là hiện tượng quang điện bên ngoài. * Lưu ý: khác với hiện tượng quang điện, trong hiện tượng quang dẫn năng lượng cần thiết để giải phóng các e- dẫn là không lớn lắm, nghĩa là không đòi hỏi photon phải có năng lượng lớn. VD: với ánh sáng hồng ngoại (0,9mm) nhiều chất quang dẫn vẫn hoạt động được (Cds) Vậy, bước sóng dài có khả năng gây ra được hiện tượng quang dẫn ở một chất được gọi là giới hạn quang dẫn. - Ta biết, bán dẫn ở điều kiện bình thường nó là chất cách điện (R lớn), II. QUANG TRỞ: Hiện tượng quang dẫn được ứng dụng để tạo ra các khi bị kích thích (t0, ánh sáng…) thì nó trở nên dẫn điện (R bé) - Khi chiếu vào bán dẫn ánh sáng có bước sóng thích hợp  trên bán dẫn có hiện tượng gì? (làm bứt ra các e- dẫn) - Nếu nối giữa 2 cực một hiệu điện thế nào đó, có dòng qua mạch không? I = ? nếu đặt bán dẫn ở trong tối. VD: với quang trở là Cds thì: + Trong tối: R = 3.106  + Ngoài sáng: R = 20 - Ứng dụng: mạch tự động đóng – ngắt đèn đường (học sinh xem Sgk) điện trở có điện trở thay đổi được nhờ biến thiên cường độ chùm sáng chiếu vào, gọi là các quang trở. Cấu tạo: gồm một lớp bán dẫn mỏng: Cds (1) phủ lên một tấm nhựa cách điện (2). Hai đầu bán dẫn là 2 điện cực (3) và (4) bằng kim loại để nối ra ngoài. Hoạt động: nối vào 2 điện cực một hiệu điện thế khoảng vài vôn thông qua 1 mA kế. + Khi đặt trong tối  I = 0: không có dòng qua mạch. + Khi chiếu vào quang dẫn bằng ánh sáng có bước sóng ngắn hơn “giới hạn quang dẫn”  trong mạch có dòng điện  điện trở của quang trở giảm mạnh. Ứng dụng: dùng để thay cho tế bào quang điện trong các mạch điều khiển tự động. III. PIN QUANG ĐIỆN: Pin quang điện là một nguồn điện trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng, hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện bên trong của Lớp tiếp xúc Cu2O và Cu chỉ cho các e- di chuyển từ Cu2O  Cu. Ta đã biết khi chiếu bởi ánh sáng có bước sóng thích hợp vào kim loại làm bứt ra các e- dẫn. Để e- di chuyển qua được lớp tiếp xúc trên thì ánh sáng phải được chiếu vào lớp nào? (Cu2O)  Khi có e- di chuyển làm cho các lớp trên tích điện như thế nào? (Cu(-) và Cu2O(+))  Vậy giữa chúng tồn tại một suất điện động, nối 2 cực với mạch ngoài thì dòng điện trong mạch có chiều như thế nào? bán dẫn. Cấu tạo: xét pin đơn giản là pin Đồng Oxit. Pin có một điện cực bằng Cu, trên đó phủ một lớp Đồng Oxit Cu2O. Trên lớp Cu2O người ta phun một lớp kim loại rất mỏng (có thể cho ánh sáng truyền qua) để làm điện cực. Lớp tiếp xúc giữa Cu2O và Cu hình thành lớp đặc biệt chỉ cho phép các e- qua nó theo chiều từ Cu2O sang Cu. Hoạt động: khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào lớp Cu2O làm bức xạ ra các e- dẫn di chuyển sang cực Cu, làm cho cực Cu tích điện âm còn cực Cu2O tích điện dương  giữa 2 cực hình thành một suất điện động. Nối 2 cực bằng 1 dây dẫn  có dòng chạy trong mạch có chiều Cu2O  Cu. Ứng dụng: chế tạo các pin mặt trời: máy tính bỏ túi, vệ tinh nhân tạo, máy đo ánh sáng… D. Củng cố: Nhắc lại hiện tượng quang dẫn và một số ứng dụng của hiện tượng quang dẫn. E. Dặn dò: Xem bài “Ứng dụng của Thuyết lượng tử trong nguyên tử Hydro”.