Vật Lí 12 Bài 31: Hiện tượng quang điện trong – Giải bài tập SGK Vật Lí 12 Bài 31

Chủ đề bài tập Vật Lí 12 Bài 31: Hiện tượng quang điện trong đã được biên soạn bởi THPT Trường Cao đẳng nghề Việt Mỹ với hy vọng sẽ giúp các em nắm vững kiến thức và đạt kết quả tốt trong các bài thi, bài kiểm tra trên lớp. Bài học này bao gồm các phần sau:

Tóm tắt lý thuyết Vật Lí 12 Bài 31

I) Chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong

Chất quang dẫn: là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và chất dẫn điện tốt khi bị chiếu sáng thích hợp.
Hiện tượng quang điện trong: là hiện tượng tạo thành các electron dẫn và lỗ trống trong bán dẫn, do tác dụng của ánh sáng có bước sóng thích hợp.
Hiện tượng quang dẫn: là hiện tượng giảm điện trở suất hay tăng độ dẫn điện khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

II) Ứng dụng của hiện tượng quang điện trong

Hiện tượng quang điện trong được ứng dụng trong quang điện trở và pin quang điện:

cách giải bài tập sgk vật lí 12 bài 31 hiện tượng quang điện trong

Quang điện trở: là một điện trở làm bằng chất quang dẫn.

Bên cạnh đó, bài học còn bao gồm các bài tập giải trong sách giáo khoa Vật Lí 12 của bộ GD&ĐT Việt Nam, gồm:

Câu C1 trang 159 SGK
Câu C2 trang 161 SGK
Bài 1 đến Bài 6 trang 162 SGK

Ngoài ra, còn có câu hỏi trắc nghiệm Vật lí 12 Bài 31 kèm đáp án.

Bài tập Vật Lí 12 – Hiện tượng quang điện trong

Bài học này được biên soạn bởi Trường THPT Trường Cao đẳng nghề Việt Mỹ và bao gồm phần lý thuyết, giải bài tập và các câu hỏi trắc nghiệm có đáp án đầy đủ. Hy vọng các em sẽ nắm vững kiến thức về Hiện tượng quang điện trong. Chúc các em học tập thật tốt và luôn đạt điểm cao trong các bài thi bài kiểm tra trên lớp.

Xem Thêm: Thế năng là gì? Tìm hiểu công thức tính thế năng trong vật lý chính xác

Bài 1 – Chất quang dẫn là gì?

Định nghĩa: Chất quang dẫn là loại chất dẫn điện có khả năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành dòng điện chạy qua chúng.

Cấu tạo: Chất quang dẫn bao gồm một lớp bán dẫn loại n và một lớp bán dẫn loại p để tạo thành một lớp tiếp xúc p-n, được phủ bởi một lớp kim loại mỏng trong suốt ở trên và được nối với một đế kim loại ở dưới.

Ứng dụng: Chất quang dẫn được sử dụng trong các thiết bị như pin quang điện (Pin Mặt Trời), các cảm biến ánh sáng, đèn LED, các thiết bị lưu trữ dữ liệu, các thiết bị quang học, v.v.

Bài 2 (trang 162 SGK Vật Lý 12)

Hiện tượng quang điện trong là gì ? Giải thích tính quang dẫn của một chất.

– Hiện tượng quang điện trong : là hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết thành các electron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện.

– Giải thích tính quang dẫn của một chất :

Khi không bị chiếu sáng, các electron trong chất quang dẫn đều ở trạng thái liên kết với ion ở nút mạng tinh thể. Không có electron tự do nên chất quang dẫn cách điện.
Khi chiếu sáng chất quang dẫn, mỗi photon của ánh sáng kích thích sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho một electron liên kết. Nếu năng lượng mà electron nhận được đủ lớn thì electron đó được giải phóng khỏi liên kết trở thành electron dẫn. Mặt khác, mỗi electron liên kết được giải phóng để lại một lỗ trống. Lỗ trống này cũng tham gia vào quá trình dẫn điện. Kết quả là chất nói trên dẫn điện.

Bài 3 (trang 162 SGK Vật Lý 12)

Trình bày cấu tạo và hoạt động của một pin quang điện.

– Cấu tạo:

Pin có một tấm bán dẫn kim 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.

Hoạt động của pin quang điện, Dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn.

Ánh sáng có bước sóng thích hợp rọi vào điện cực dương (trong suốt) vào lớp bán dẫn loại p sẽ gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng ra các cặp êlectron và lỗ trống. Êlectron dễ dàng đi qua lớp chặn xuống bán dẫn loại n. Còn lỗ trống thì bị giữ lại trong lớp p.

Điện trường lớp tiếp xúc p – n đẩy lỗ trống về lớp p và đẩy êlectron về lớp n.

Lớp kim loại mỏng nhiễm điện dương. Phần đế tiếp xúc với lớp n nhiễm điện âm trở thành cực âm. Nếu nối hai điện cực bằng một dây dẫn thông qua một ampe kế thì sẽ thấy có dòng quang điện chạy từ cực dương sang cực âm. Suất điện động của pin quang điện nằm trong khoảng 0,5V đến 0,8V.

Bài 4 (trang 162 SGK Vật Lý 12): Hãy ghép nửa câu ở phần trên với nửa câu tương ứng ở phần dưới để thành một câu có nội dung đúng.

A. Pin hóa học … hoạt động dựa vào sự hình thành các hiệu điện thế hóa ở hai điện cực.
B. Pin nhiệt điện … hoạt động dựa vào sự hình thành hiệu điện thế khi các êlectron tự do khuếch tán từ đầu nóng sang đầu lạnh của một dây kim loại.
C. Pin quang điện … hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn.

Bài 5 (trang 162 SGK Vật Lý 12)

Bài 5 (trang 162 SGK Vật Lý 12): Điện trở của một quang điện trở có đặc điểm nào dưới đây?

A. Có giá trị rất lớn
B. Có giá trị rất nhỏ
C. Có giá trị không đổi
D. Có giá trị thay đổi được

Lời giải: Chọn đáp án D.

Bài 6 (trang 162 SGK Vật Lý 12)

Bài 6 (trang 162 SGK Vật Lý 12): Suất điện động của một pin quang điện có đặc điểm nào dưới đây.

A. có giá trị rất lớn.
B. có giá trị rất nhỏ.
C. có giá trị không đổi, không phụ thuộc điều kiện bên ngoài.
D. chỉ xuất hiện khi pin được chiếu sáng.

Xem Thêm: Định lý Talet và những hệ quả của định lý Talet

Lời giải: Chọn đáp án D.

Bài 1: 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

Lời giải: – Điôt điện tử là dụng cụ có nguyên tắc hoạt động dựa vào tác dụng của lớp tiếp xúc p – n. Chọn đáp án D.

Bài 7: Chọn phương án đúng về quang điện ngoài:

– Quang điện ngoài là hiện tượng bức xạ ánh sáng gây ra bởi các electron được kích thích trong các chất phát quang.

– Electron phát ra bức xạ tương ứng với sự rơi xuống các vị trí thấp hơn trên cấu trúc năng lượng của chất phát quang.

– Các quantum ánh sáng phát ra tương ứng với sự rơi xuống của electron từ trạng thái cao hơn về trạng thái thấp hơn.

– Chọn đáp án A

Bài 8: Phát biểu đúng về đèn phát quang:

– Đèn phát quang là loại đèn chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng bằng cách sử dụng chất phát quang.

– Chất phát quang trong đèn được kích thích bằng điện và phát ra ánh sáng tương ứng với màu sắc của chất phát quang đó.

– Đèn phát quang có hiệu suất chiếu sáng cao hơn so với các loại đèn thông thường.

– Chọn đáp án B

Bài 9: Chọn dụng cụ hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện trong:

– Quang trở là dụng cụ hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong.

– Điện trở của quang trở có thể thay đổi từ vài megaôm (10^6Ω) khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục ôm khi được chiếu sáng.

– Chọn đáp án C

Bài 10: Gọi c là vận tốc ánh sáng trong chân không, v là vận tốc ánh sáng trong chất phát quang. Muốn một chất phát quang phát ra bức xạ có bước sóng λ, cần chiếu vào chất đó bức xạ có:

– Muốn một chất phát quang phát ra bức xạ có bước sóng λ, cần chiếu vào chất đó bức xạ có:

λkt ≤ λ ↔ fkt > c/λ. Chọn đáp án D

Bài 11: Chọn phát biểu đúng về hiện tượng quang dẫn:

A. Trong hiện tượng quang dẫn, các êlectron bị bứt ra khỏi 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.

Lời giải: Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào. Hiện tượng quang dẫn được giải thích dựa trên hiện tượng quang điện trong. Vậy phát biểu đúng là C.

Bài 12: 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.

Lời giải: Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn (chất bán dẫn, chất khí…). Vậy đáp án là không có trong các phát biểu trên.

Bài 13: 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.

Lời giải: Pin quang điện (còn gọi là pin Mặt Trời) là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn. Chọn đáp án D.

Xem Thêm: Hiệu điện thế là gì? Công thức tính hiệu điện thế? Vai trò của hiệu điện thế là gì?

Bài 14: 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.

Lời giải: Dùng thuyết sóng ánh sáng ta không thể giải thích được sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử hyđrô. Phải dựa trên thuyết lượng tử ánh sáng.

Bài 15: Nguyên tắc hoạt động của pin quang điện dựa vào hiện tượng:

A. Quang điện trong

B. Quang phát quang

C. Cảm ứng điện từ

D. Tán sắc ánh sáng

Bài 16: Trong hiện tượng quang dẫn, giới hạn quang dẫn của PbS là:

A. 2,06 µm.

B. 4,14 µm.

C. 1,51 µm.

D. 4,97 µm.

Bài 17: Chiếu vào chất bán dẫn đó lần lượt các chùm bức xạ đơn sắc có tần số f1, f2, f3, f4 thì hiện tượng quang dẫn xảy ra với bức xạ nào?

A. Chùm bức xạ 1

B. Chùm bức xạ 2

C. Chùm bức xạ 3

D. Chùm bức xạ 4

Bài 18: Pin quang điện là nguồn điện, trong đó:

A. Quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.

B. Cơ năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.

C. Hóa năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.

D. Nhiệt năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.

Bài 19:

Một bộ pin quang điện gồm nhiều pin mắc nối tiếp. Diện tích tổng cộng của các pin là 0,4 m². Dòng ánh sáng chiếu vào bộ pin có cường độ 1000 W/m². Khi cường độ dòng điện mà bộ pin cung cấp cho mạch ngoài là 2,5A thì điện áp đo được hai cực của bộ pin là 20 V. Hiệu suất của bộ pin là:

A. 43,6%. B. 14,25%. C. 12,5%. D. 28,5%.

Lời giải:

Ta có:

Chọn đáp án C

Bài 20: Hiện tượng quang điện trong:

A. là hiện tượng êlectron hấp thụ photon có năng lựng đủ lớn để bứt ra khỏi khối chất. B. hiện tượng êlectron chuyển động nhanh hơn khi hấp thụ photon. C. xảy ra với chất bán dẫn khi ánh sáng kích thích có tần số lớn hơn một tần số giới hạn. D. xảy ra với ánh sáng có bước sóng lớn hơn một giá trị nào đó.

Lời giải:

Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectrôn liên kết để chúng trở thành các êlectrôn dẫn đồng thời giải phóng các lỗ trống tự do gọi là hiện tượng quang điện trong.
Nó xảy ra với chất bán dẫn khi ánh sáng kích thích có tần số lớn hơn một tần số giới hạn.
Hiện tượng quang điện trong cũng là sự giải phóng e (giống quang điện ngoài) nhưng cần ít năng lượng hơn từ đó ta: (λ₀ và f₀ là các giá trị giới hạn xảy ra hiện tượng quang điện).

Chọn đáp án C