Giáo án Vật lí 12 Bài 32: Hiện tượng quang - phát quang

Ngày soạn: 20/03/2024
Tiết 54+55: CHỦ ĐỀ :
HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG
HIỆN TƯỢNG QUANG PHÁT QUANG I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức
- Hiểu được đặc điểm của chất quang dẫn, hiện tượng quang điện trong.
- Hiểu được cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và ứng dụng của quang điện trở, pin quang điện.
- Hiểu sự quang - phát quang. Hiểu sự lân quang và sự huỳnh quang, phân biệt sự khác nhau giữa chúng.
- Nắm được đặc điểm về bước sóng trong hiện tượng phát quang. 2. Năng lực a. Năng lực chung
- Năng lực tự học và nghiên cứu tài liệu.
- Năng lực trình bày và trao đổi thông tin.
- Năng lực nêu và giải quyết vấn đề.
- Năng lực hoạt động nhóm.
b. Năng lực đặc thù môn học
- Phân biệt hiện tượng quang điện trong với hiện tượng quang điện ngoài.
- Vận dụng lý thuyết về hiện tượng quang điện trong, hiện tượng quang – phát quang để giải thích
nguyên tắc hoạt động của một số các thiết bị liên quan trong thực tế. 3. Phẩm chất
- Có thái độ hứng thú trong học tập.
- Có ý thức tìm hiểu và liên hệ các hiện tượng thực tế liên quan.
- Có tác phong làm việc của nhà khoa học.
II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU 1. Giáo viên
- Bài giảng powerpoint kèmhình 31.3, các hình liên quan đến quang điện trong và quang – phát quang.
- GV mang đến lớp máy tính dùng năng lượng mặt trời (hoặc máy đo ánh sáng nếu có) làm dụng cụ trực quan. - Phiếu học tập.
Phiếu học tập số 1
Câu 1: Nêu khái niệm chất quang dẫn và các chất quang dẫn?
Câu 2: Điện trở của bán dẫn như thế nào khi nó chịu tác dụng của ánh sáng?
Câu 3: Khi bán dẫn tinh khiết được chiếu bằng chùm ánh sáng thích hợp thì trong nó xuất hiện cái gì ?
Câu 4: Thế nào là hiện tượng quang điện trong?
Câu 5: So sánh độ lớn của giới hạn quang dẫn với độ lớn của giới hạn quang điện (ngoài) và đưa ra nhận xét.
Phiếu học tập số 2


Câu 1: Pin quang điện là gì? Hiệu suất của pin vào khoảng bao nhiêu phần trăm?
Câu 2: Mô tả cấu tạo của pin quang điện?
Câu 3: Nêu nguyên tắc hoạt động của pin? Suất điện động của pin có gí trị vào khoảng bao nhiêu?
So sánh độ lớn suất điện động của pin quang điện với suất điện động của pin hóa học?
Câu 4: Nêu ứng dụng của pin quang điện?
Phiếu học tập số 3
Câu 1: Sự quang - phát quang là gì? Nêu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đèn ống?
Câu 2: Thế nào là huỳnh quang? Thế nào là lân quang?
Câu 3: Phát biểu định luật về giới hạn quang điện.
Câu 4: Gọi  là bước sóng ánh sáng kích thích, ’ là bước sóng ánh sáng phát quang. Nêu đặc điểm
nổi bậc của sự quang-phát quang? Dựa vào thuyết phôtôn hãy giải thích tại sao ’ >?
Câu 5: Tại sao sơn quét trên các biển báo giao thông hoặc trên đầu các cọc chỉ giới có thể là sơn
phát quang mà không là sơn phản quang (phản xạ ánh sáng)? 2. Học sinh
- Ôn lại kiến thức về dòng điện trong chất bán dẫn và bài 30.
- SGK, vở ghi bài, giấy nháp.
III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
Hoạt động 1: Mở đầu: Tạo tình huống và phát biểu vấn đề để tìm hiểu về hiện tượng quang điện
trong và hiện tượng quang – phát quang a. Mục tiêu:
- Kiến thức cũ được hệ thống lại.
- Kích thích tính tò mò của HS, HS có hứng thú tìm hiểu kiến thức mới thông qua những hiện tượng xảy ra trong đời sống.
b. Nội dung: Học sinh tiếp nhận vấn đề từ giáo viên
c. Sản phẩm: Kiến thức cũ được hệ thống lại, sự tò mò và hứng thú tìm hiểu kiến thức mới.
d. Tổ chức thực hiện: Bước thực hiện Nội dung các bước Bước 1
Giáo viên kiểm tra bài cũ:
- Hiện tượng quang điện là gì? Phát biểu định luật về giới hạn quang điện?
- Lượng tử năng lượng là gì? Phát biểu nội dung của thuyết lượng tử ánh sáng?
Giáo viên nêu vấn đề:
- Ngày nay, hiện tượng quang điện trong hầu như đã hoàn toàn thay thế hiện
tượng quang điện ngoài mà ta học ở bài trên trong những ứng dụng thực tế. Vậy
hiện tượng quang điện trong là gì? Bước 2
Học sinh tiếp nhận vấn đề
Hoạt động 2: Hình thành kiến thức
Hoạt động 2.1: Tìm hiểu về chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong a. Mục tiêu:
- Hiểu được đặc điểm của chất quang dẫn, hiện tượng quang điện trong.


- Phân biệt hiện tượng quang điện trong với hiện tượng quang điện ngoài
b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm:
A. Chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong 1. Chất quang dẫn:
Một số chất bán dẫn như Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe,... có tính chất đặc biệt sau:
Chúng là chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi bị chiếu sáng
thích hợp. Các chất này gọi là chất quang dẫn.
1. Hiện tượng quang điện trong:
Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectron liên kết để cho chúng trở thành các electron dẫn đồng
thời tạo ra các lỗ trống cùng nhau tham gia vào quá trình dẫn điện, gọi là hiện tượng quang điện trong. B. Quang điện trở:
d. Tổ chức thực hiện: Bước thực hiện Nội dung các bước Bước 1
Giáo viên chuyển giao nhiệm vụ: Yêu cầu HS đọc SGK mục I trang 159 và
hoàn thành phiếu học tập số 1. Bước 2
Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm Bước 3
Báo cáo kết quả và thảo luận
- Đại diện 1 nhóm trình bày.
Câu 1:Một số chất bán dẫn như Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe,
CdTe,... có tính chất đặc biệt sau: Chúng là chất dẫn điện kém khi không bị
chiếu sáng và trở thành chất dẫn điện tốt khi bị chiếu sáng thích hợp. Các
chất này gọi là chất quang dẫn. Câu 2: Giảm đi.
Câu 3: Electron và lỗ trống.
Câu 4:Hiện tượng ánh sáng giải phóng các êlectron liên kết để cho chúng trở
thành các electron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng nhau tham gia vào
quá trình dẫn điện, gọi là hiện tượng quang điện trong.
Câu 5: Độ lớn của giới hạn quang dẫn lớn hơn độ lớn của giới hạn quang điện.
Nhận xét: Để thực hiện quang dẫn xảy ra, không đòi hỏi photo phải có năng
lượng lớn, rất nhiều chất quang dẫn hoạt động được với ánh sáng hồng ngoại.


Còn hiện tượng quang điện xảy ra với ánh sáng có bước sóng ngắn, đây là
một lợi thế của hiện tượng quang dẫn so với hiện tượng quang điện. Năng
lượng kích hoạt các electron liên kết để chúng trở thành các electron dẫn nhỏ
hơn công thoát để bứt các electron ra khỏi kim loại.
- Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả
lời của nhóm đại diện. Bước 4
Giáo viên chính xác hóa nội dung và tổng kết hoạt động 2.1
Hoạt động 2.2: Tìm hiểu về ứng dụng của hiện tượng quang điện trong a. Mục tiêu:
- Hiểu được cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và ứng dụng của quang điện trở, pin quang điện.
b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: C. Pin quang điện:
1. 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.
2. Hiệu suất pin: khoảng trên dưới 10%.
3. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin quang điện : * Cấu tạo :
- Một tấm bán dẫn loại n (thừa e), bên trên phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p (thiếu e). Trên cùng
là một lớp kim loại mỏng, dưới cùng là một đế kim loại.
- Giữa bán dẫn loại n và loại p hình thành 1 lớp tiếp xúc n-p, ngăn không cho e khuếch tán từ n
sang p, nên gọi lớp tiếp xúc này là lớp chặn.
* Nguyên tắc hoạt động :
Khi chiếu ánh sáng có bước sóng o vào lớp kim loại mỏng ở trên cùng, ánh sáng sẽ đi xuyên
qua lớp này vào lớp p, gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng ra các cặp e và lỗ trống.
Electron dễ dàng đi qua lớp chặn xuống bán dẫn loại n. Còn lỗ trống bị giữ lại ở lớp p. Kết quả là
điện cực kim loại mỏng ở trên sẽ nhiễm điện dương và trở thành điện cực dương của pin, còn đế kim
loại ở dưới sẽ nhiễm điện âm và trở thành điện cực âm của pin.
Suất điện động của pin quang điện nằm trong khoảng 0,5 đến 0,8V.
Hình cắt ngang của pin quang điện silic
4. Ứng dụng: trong máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi… Đã chế tạo thành công ô
tô và máy bay chạy bằng pin quang điện.
d. Tổ chức thực hiện: