Hiện tượng quang điện trong - Lý thuyết và Trắc nghiệm

Mục Lục

1. Định nghĩa hiện tượng quang điện trong

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 tham gia vào quá trình dẫn điện.

2. Chất quang dẫn

Chất quang dẫn là chất bán dẫn có tính dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp. Một số chất quang dẫn điển hình là Ge, Si, CdS, PbS…

3. Hiện tượng quang dẫn

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.

4. Cơ chế của hiện tượng quang điện trong

Khi bán dẫn được chiếu sáng bằng chùm sáng có bước sóng thích hợp $(\lambda \leq \lambda _0)$, trong bán dẫn có thêm electron dẫn và lỗ trống được tạo thành, làm tăng mật độ hạt tải điện và giảm điện trở suất. Cường độ ánh sáng càng lớn thì mật độ hạt tải điện sinh ra càng nhiều.

5. So sánh với hiện tượng quang điện ngoài

Hiện tượng quang điện ngoài là hiện tượng electron bị bứt ra khỏi bề mặt kim loại.
Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng electron liên kết được giải phóng thành electron dẫn trong chất bán dẫn.

6. Ứng dụng của hiện tượng quang điện trong

Quang điện trở: dùng ánh sáng chiếu vào làm thay đổi giá trị của điện trở.
Pin quang điện: biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng, có hiệu suất thấp khoảng 10%, suất điện động nhỏ từ 0.5V đến 0.8V.
Cảm biến ghi hình ảnh như CCD.

7. Nguyên tắc hoạt động của quang điện trở

Khi có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn, làm xuất hiện các điện tử tự do, tăng độ dẫn điện, giảm điện trở của chất bán dẫn.

8. Đặc điểm của pin quang điện

Biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.
Hiệu suất thấp khoảng 10%.
Suất điện động nhỏ từ 0.5V đến 0.8V.

9. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng quang điện trong

Bước sóng của ánh sáng chiếu vào phải nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện $\lambda _0$ của vật liệu bán dẫn.
Cường độ ánh sáng càng lớn thì mật độ hạt tải điện sinh ra càng nhiều.

10. Ý nghĩa và triển vọng ứng dụng

Hiện tượng quang điện trong đã mở ra nhiều ứng dụng quan trọng như pin mặt trời, cảm biến ánh sáng, camera…
Việc nghiên cứu cải tiến vật liệu và cấu trúc thiết bị sẽ giúp nâng cao hiệu suất và mở rộng phạm vi ứng dụng của hiện tượng này trong tương lai.

Câu hỏi trắc nghiệm (có đáp án)

Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng:
A. Ánh sáng làm bật electron ra khỏi bề mặt kim loại.
B. Ánh sáng giải phóng các electron liên kết thành các electron dẫn.
C. Ánh sáng làm giảm điện trở của chất bán dẫn.
D. Cả B và C.
Đáp án: D
Chất quang dẫn là chất:
A. Dẫn điện tốt khi không bị chiếu sáng.
B. Dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở nên dẫn điện tốt khi được chiếu sáng thích hợp.
C. Luôn dẫn điện tốt dù có chiếu sáng hay không.
D. Không dẫn điện trong mọi trường hợp.
Đáp án: B
Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng:
A. Tăng điện trở suất của chất bán dẫn khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.
B. Giảm điện trở suất của chất bán dẫn khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.
C. Điện trở suất của chất bán dẫn không đổi khi chiếu sáng.
D. Chất bán dẫn không dẫn điện khi chiếu sáng.
Đáp án: B
Giới hạn quang điện của hiện tượng quang điện trong so với hiện tượng quang điện ngoài thường:
A. Nhỏ hơn
B. Lớn hơn
C. Bằng nhau
D. Không xác định
Đáp án: B
Quang điện trở là linh kiện có điện trở:
A. Tăng khi được chiếu sáng
B. Giảm khi được chiếu sáng
C. Không đổi khi chiếu sáng
D. Bằng 0 khi chiếu sáng
Đáp án: B
Pin quang điện hoạt động dựa trên:
A. Hiện tượng quang điện ngoài
B. Hiện tượng quang điện trong
C. Hiện tượng nhiệt điện
D. Hiện tượng phát quang
Đáp án: B
Trong pin quang điện, quang năng được biến đổi trực tiếp thành:
A. Nhiệt năng
B. Cơ năng
C. Điện năng
D. Hóa năng
Đáp án: C
Năng lượng cần thiết để giải phóng một electron liên kết thành electron dẫn trong chất bán dẫn gọi là:
A. Công thoát
B. Hiệu điện thế
C. Năng lượng vùng cấm
D. Năng lượng kích hoạt
Đáp án: D
Bước sóng ánh sáng chiếu vào chất quang dẫn để gây ra hiện tượng quang điện trong phải:
A. Lớn hơn giới hạn quang điện
B. Nhỏ hơn giới hạn quang điện
C. Bằng giới hạn quang điện
D. Bất kỳ bước sóng nào
Đáp án: B
Khi chiếu chùm sáng đơn sắc vào chất quang dẫn, nếu tăng cường độ chùm sáng thì:
A. Số electron quang điện tăng
B. Năng lượng electron quang điện tăng
C. Cả A và B đều đúng
D. Cả A và B đều sai
Đáp án: A
Khi nối 2 cực của pin quang điện với một điện trở, dòng điện chạy qua điện trở có chiều:
A. Từ lớp p sang lớp n
B. Từ lớp n sang lớp p
C. Không có dòng điện
D. Chiều dòng điện thay đổi liên tục
Đáp án: B
Cấu tạo của pin quang điện gồm:
A. Lớp kim loại – lớp bán dẫn p – lớp bán dẫn n
B. Lớp kim loại – lớp bán dẫn n – lớp bán dẫn p
C. Lớp bán dẫn p – lớp bán dẫn n
D. Lớp bán dẫn n – lớp bán dẫn p
Đáp án: A
Trong pin quang điện, cực dương là:
A. Lớp kim loại phía trên
B. Lớp bán dẫn p
C. Lớp bán dẫn n
D. Đế kim loại phía dưới
Đáp án: A
Trong pin quang điện, cực âm là:
A. Lớp kim loại phía trên
B. Lớp bán dẫn p
C. Lớp bán dẫn n
D. Đế kim loại phía dưới
Đáp án: D
Hiệu suất của pin quang điện thường:
A. Trên 50%
B. Khoảng 10%
C. Dưới 1%
D. Bằng 100%
Đáp án: B
Tia hồng ngoại có thể gây ra hiện tượng quang điện trong đối với:
A. Kim loại
B. Chất bán dẫn
C. Chất cách điện
D. Chất khí
Đáp án: B
Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào chất quang dẫn, ngoài electron dẫn còn xuất hiện:
A. Ion dương
B. Ion âm
C. Lỗ trống
D. Nguyên tử trung hòa
Đáp án: C
Trong chất bán dẫn, electron quang điện chuyển từ:
A. Vùng hóa trị sang vùng dẫn
B. Vùng dẫn sang vùng hóa trị
C. Mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao
D. Mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp
Đáp án: A
Khi tăng cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở, điện trở của nó sẽ:
A. Tăng tuyến tính
B. Giảm tuyến tính
C. Tăng phi tuyến
D. Giảm phi tuyến
Đáp án: D
Ứng dụng của quang trở trong các thiết bị tự động là do:
A. Điện trở của nó phụ thuộc vào nhiệt độ
B. Điện trở của nó phụ thuộc vào từ trường
C. Điện trở của nó phụ thuộc vào ánh sáng
D. Điện trở của nó phụ thuộc vào điện áp
Đáp án: C
Để pin quang điện hoạt động hiệu quả, ánh sáng chiếu vào pin phải có bước sóng:
A. Lớn hơn giới hạn quang dẫn
B. Nhỏ hơn giới hạn quang dẫn
C. Bằng giới hạn quang dẫn
D. Bất kỳ bước sóng nào
Đáp án: B
Trong pin quang điện, lớp chặn là:
A. Lớp bán dẫn p
B. Lớp bán dẫn n
C. Lớp tiếp xúc p-n
D. Lớp kim loại
Đáp án: C
Khi chiếu ánh sáng vào pin quang điện, quá trình tạo ra dòng điện là:
A. Electron chuyển từ lớp p sang lớp n
B. Lỗ trống chuyển từ lớp p sang lớp n
C. Electron chuyển từ lớp n sang lớp p
D. Cả A và B
Đáp án: D
Để tăng hiệu suất của pin quang điện, người ta thường:
A. Tăng diện tích bề mặt pin
B. Giảm diện tích bề mặt pin
C. Tăng điện trở tải
D. Giảm điện trở tải
Đáp án: A
Ưu điểm chính của pin quang điện so với pin thông thường là:
A. Hiệu suất cao hơn
B. Tuổi thọ dài hơn
C. Có thể sạc lại bằng ánh sáng
D. Giá thành rẻ hơn
Đáp án: C
Hiện tượng quang điện trong xảy ra khi ánh sáng chiếu vào:
A. Kim loại
B. Chất khí
C. Chất bán dẫn
D. Chất lỏng
Đáp án: C
Trong hiện tượng quang điện trong, các electron liên kết hấp thụ năng lượng photon và trở thành:
A. Các ion dương
B. Các ion âm
C. Các electron tự do
D. Các nguyên tử trung hòa
Đáp án: C
Năng lượng cần thiết để giải phóng một electron liên kết thành electron dẫn trong chất bán dẫn được gọi là:
A. Công thoát electron
B. Năng lượng vùng cấm
C. Năng lượng kích hoạt
D. Năng lượng liên kết
Đáp án: C
Giới hạn quang điện của hiện tượng quang điện trong so với hiện tượng quang điện ngoài thường:
A. Nhỏ hơn
B. Lớn hơn
C. Bằng nhau
D. Không xác định
Đáp án: B
Khi chiếu chùm sáng đơn sắc có cường độ tăng dần vào chất bán dẫn, số electron quang điện sẽ:
A. Tăng tuyến tính
B. Giảm tuyến tính
C. Không đổi
D. Tăng phi tuyến
Đáp án: A
Trong pin quang điện, quá trình tạo ra dòng điện là do:
A. Electron chuyển từ lớp p sang lớp n
B. Lỗ trống chuyển từ lớp p sang lớp n
C. Electron chuyển từ lớp n sang lớp p
D. Cả A và B
Đáp án: D
Để tăng hiệu suất của pin quang điện, người ta thường:
A. Tăng diện tích bề mặt pin
B. Giảm diện tích bề mặt pin
C. Tăng điện trở tải
D. Giảm điện trở tải
Đáp án: A
Trong pin quang điện, lớp chặn là:
A. Lớp bán dẫn p
B. Lớp bán dẫn n
C. Lớp tiếp xúc p-n
D. Lớp kim loại
Đáp án: C
Khi nối 2 cực của pin quang điện với một điện trở, dòng điện chạy qua điện trở có chiều:
A. Từ lớp p sang lớp n
B. Từ lớp n sang lớp p
C. Không có dòng điện
D. Chiều dòng điện thay đổi liên tục
Đáp án: B
Trong chất bán dẫn, ngoài electron dẫn còn xuất hiện:
A. Ion dương
B. Ion âm
C. Lỗ trống
D. Nguyên tử trung hòa
Đáp án: C
Bước sóng ánh sáng chiếu vào chất quang dẫn để gây ra hiện tượng quang điện trong phải:
A. Lớn hơn giới hạn quang điện
B. Nhỏ hơn giới hạn quang điện
C. Bằng giới hạn quang điện
D. Bất kỳ bước sóng nào
Đáp án: B
Trong chất bán dẫn, electron quang điện chuyển từ:
A. Vùng hóa trị sang vùng dẫn
B. Vùng dẫn sang vùng hóa trị
C. Mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao
D. Mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp
Đáp án: A
Khi tăng cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở, điện trở của nó sẽ:
A. Tăng tuyến tính
B. Giảm tuyến tính
C. Tăng phi tuyến
D. Giảm phi tuyến
Đáp án: D
Ứng dụng của quang trở trong các thiết bị tự động là do:
A. Điện trở của nó phụ thuộc vào nhiệt độ
B. Điện trở của nó phụ thuộc vào từ trường
C. Điện trở của nó phụ thuộc vào ánh sáng
D. Điện trở của nó phụ thuộc vào điện áp
Đáp án: C
Để pin quang điện hoạt động hiệu quả, ánh sáng chiếu vào pin phải có bước sóng:
A. Lớn hơn giới hạn quang dẫn
B. Nhỏ hơn giới hạn quang dẫn
C. Bằng giới hạn quang dẫn
D. Bất kỳ bước sóng nào
Đáp án: B
Tia hồng ngoại có thể gây ra hiện tượng quang điện trong đối với:
A. Kim loại
B. Chất bán dẫn
C. Chất cách điện
D. Chất khí
Đáp án: B
Cấu tạo của pin quang điện gồm:
A. Lớp kim loại – lớp bán dẫn p – lớp bán dẫn n
B. Lớp kim loại – lớp bán dẫn n – lớp bán dẫn p
C. Lớp bán dẫn p – lớp bán dẫn n
D. Lớp bán dẫn n – lớp bán dẫn p
Đáp án: A
Trong pin quang điện, cực dương là:
A. Lớp kim loại phía trên
B. Lớp bán dẫn p
C. Lớp bán dẫn n
D. Đế kim loại phía dưới
Đáp án: A
Trong pin quang điện, cực âm là:
A. Lớp kim loại phía trên
B. Lớp bán dẫn p
C. Lớp bán dẫn n
D. Đế kim loại phía dưới
Đáp án: D
Hiệu suất của pin quang điện thường:
A. Trên 50%
B. Khoảng 10%
C. Dưới 1%
D. Bằng 100%
Đáp án: B
Một chất quang dẫn có giới hạn quang dẫn là 4μm. Năng lượng kích hoạt của chất đó là:
A. 4,97.10-20 J
B. 3,26.10-20 J
C. 4,97.10-19 J
D. 3,261.10-19 J
Đáp án: C
Một chất bán dẫn có giới hạn quang dẫn là 5 µm. Biết tốc độ ánh sáng trong chân không là 3.108 m/s và hằng số Plank là 6,625.10-34 Js. Tính năng lượng kích hoạt của chất đó.
A. 4.10-19 J
B. 3,97 eV
C. 0,35 eV
D. 0,25 eV
Đáp án: D
Khi chiếu bức xạ điện từ thích hợp vào chất bán dẫn thì giải phóng ra các electron dẫn và để lại các lỗ trống. Chọn phát biểu đúng.
A. Chỉ các lỗ trống đóng vai trò là các hạt tải điện.
B. Chỉ các electron đóng vai trò là các hạt tải điện.
C. Cả các lỗ trống và các electron đóng vai trò là các hạt tải điện.
D. Cả các lỗ trống và các electron đều không phải là các hạt tải điện.
Đáp án: C
Ưu điểm chính của pin quang điện so với pin thông thường là:
A. Hiệu suất cao hơn
B. Tuổi thọ dài hơn
C. Có thể sạc lại bằng ánh sáng
D. Giá thành rẻ hơn
Đáp án: C
Chọn phát biểu sai về pin quang điện:
A. Pin quang điện là nguồn điện biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.
B. Hiệu suất của pin quang điện thường khoảng 10%.
C. Pin quang điện hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện ngoài.
D. Suất điện động của pin quang điện rất nhỏ, khoảng 0,5V đến 0,8V.
Đáp án: C