Giáo án Vật lý Lớp 12 - Chương VI: Lượng tử ánh sáng - Tiết 52, Bài 31: Hiện tượng quang điện trong

Ngày soạn: /	/ Ngày dạy: /	/
Tiết 52

HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG
o0o
MỤC TIÊU BÀI HỌC
Về kiến thức
Trả lời được các câu hỏi: Tính quang dẫn là gì?
Nêu được định nghĩa về hiện tượng quang điện trong và vận dụng để giải thích được hiện tượng quang dẫn.
Trình bày được định nghĩa, cấu tạo và chuyển vận của các quang điện trở và pin quang điện
Về kĩ năng
Vận dụng các công thức đã học vào giải bài tập trong SGK
Về thái độ
Rèn thái độ tích cực tìm hiểu, học tập, tự lực nghiên cứu các vấn đề mới trong khoa học
Năng lực hướng tới
a, Phẩm chất năng lực chung
Phẩm chất: Tự lập, tự tin, tự chủ; Có trách nhiệm bản thân và cộng đồng
Năng lực chung: Năng lực tự học; năng lực giải quyết vấn đề; Năng lực giao tiếp; Năng lực hợp tác; Năng lực sử dụng ngôn ngữ; Năng lực tính toán.
b, Năng lực chuyên biệt môn học
Năng lực sử dụng ngôn ngữ, năng lực tính toán, năng lực thực hành, thí nghiệm
PHƯƠNG PHÁP-KĨ THUẬT
Phương pháp
PP dạy học Gợi mở - vấn đáp, PP thuyết trình, PP hoạt động nhóm, PP công tác độc lập
Kĩ thuật dạy học
Kĩ thật dặt câu hỏi, kĩ thuật XYZ
CHUẨN BỊ
Chuẩn bị của giáo viên:
Gíao án, tranh, ảnh trong SGK.
SGK, SGV, một số dụng cụ thí nghiệm
Giao một số câu hỏi trong bài học mới cho học sinh tìm hiểu trước ở nhà.
Chuẩn bị của học sinh:
Đọc trước bài học, tự tìm thông tin trong SGK sách tham khảo, mạng để trả lời các câu hỏi trong SGK và các câu hỏi giáo viên giao về nhà cho HS tiết trước.
HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Ổn định lớp
Kiểm tra bài cũ
Bài mới
Họat động của giáo viên
Họat động của học sinh
Nội dung
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
HS đọc Sgk và trả lời.
Chưa bị chiếu sáng ®
e liên kết với các nút
Chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong
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
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.
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.
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?
-	Trực	tiếp	từ	quang năng sang điện năng.
Pin quang điện
Là pin chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.
Hiệu suất trên dưới 10%
Cấu tạo:
+
Lớp	- - - p- - - - -	Etx	Iqđ chặn	+ + + + + + + +
n	G
-
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.
Giữa p và n hình thành một lớp tiếp xúc p-n. Lớp này ngăn không
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
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
ion nào?
Khi chiếu ánh sáng có
l £ l0 ® hiện tượng xảy ra trong pin quang điện như thế nào?
Hãy nêu một số ứng dụng của pin quang điện?
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
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 l £ l0 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
Có bước sóng giới hạn nhỏ hơn bước sóng giới hạn của hiện tượng quang điện ngoài.
Ánh sáng kích thích phải là ánh sáng tử ngoại.
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
Trong hiện tượng quang dẫn, các êlectron bị bứt ra khoỉ khối kim loại khi được chiếu sáng thích hợp.
Trong hiện tượng quang dẫn, độ dẫn điện của khối chất bán dẫn giảm khi được chiếu ánh sáng thích hợp.
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
điện trở có giá trị bằng 0 khi được chiếu sáng.
điện trở có giá trị không đổi khi thay đổi bước sóng ánh sáng chiếu tới.
điện trở có giá trị giảm khi được chiếu sáng.
điện trở có giá trị tăng khi được chiếu sáng.
Câu 4: Chọn phát biểu đúng.
Chất quang dẫn là những kim loại dẫn điện tốt khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.
Trong hiện tường quang điện trong, chỉ có các êlectron dân tham gia vào quá trình dẫn điện.
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
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.
Dùng thuyết sóng ánh sáng ta có thể giải thích được sự tạo thành quang phổ vạch của nguyên tử hyđrô.
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
tế bào quang điện
pin nhiệt điện
quang điện trở
điôt điện tử
Câu 7: Pin quang điện
là dụng cụ biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.
là dụng cụ biến nhiệt năng thành điện năng.
hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện ngoài.
là dụng cụ có điện trở tăng khi được chiếu sáng.
Hướng dẫn giải và đáp án
Câu
1
2
3
4
5
6
7
Đáp án
C
C
C
D
B
D
A
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 :
1. Thực hiện nhiệm vụ
Đối với hiện tượng quang
Tại sao tia hồng ngoại chỉ
học tập:
điện trong các photon của
có thể gây ra được hiện
- HS sắp xếp theo nhóm,
ánh sáng kích thích tương
tượng	quang	điện	trong,
chuẩn bị bảng phụ và tiến
tác với các electron liên kết
còn tia tử ngoại mới gây ra
hành làm việc theo nhóm
của chất bán dẫn sẽ giải
được hiện tượng quang điện
dưới sự hướng dẫn của GV
phóng	các	electron	này
ngoài?
2. Báo cáo kết quả hoạt
thành	các	electron	tự	do
1. Chuyển giao nhiệm vụ
động và thảo luận
(electron dẫn) trong chất bán
học tập:
- Đại diện các nhóm trả lời
dẫn. Vì vậy chỉ cần những
- GV chia nhóm yêu cầu hs
- Đại diện các nhóm nhận
photon có năng lượng tương
trả lời thời gian 5 phút:
xét kết quả
đối nhỏ cũng đủ để gây ra
- GV theo dõi và hướng dẫn
- Các nhóm khác có ý kiến
hiện tượng quang điện trong,
HS
bổ sung.(nếu có)
nên	giới	hạn	quang	điện
2. Đánh giá kết quả thực
λ0 của hiện tượng quang điện
hiện nhiệm vụ học tập:
trong nằm ở vùng bước sóng
- GV Phân tích nhận xét,
dài, do đó tia hồng ngoại
đánh giá, kết quả thực hiện
cũng gây ra. Tia tử ngoại có
nhiệm vụ học tập của học
bước sóng λ bé vì vậy thỏa
sinh.
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
Hướng dẫn về nhà
Chuẩn bị bài mới
- Làm tất cả các bài tập trong SGK trang 162 và SBT