100 bài tập về hiện tượng quang điện trong (có đáp án năm 2024)

Hiện tượng quang điện

Kiến thức cần nhớ

1. Chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong

a. 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.

b. Hiện tượng quang điện trong

 Giải thích hiện tượng quang dẫn:

Khi không bị chiếu sáng, các electron trong chất quang dẫn liên kết với các nút mạng tinh thể và hầu như không có electron tự do. Khi bị chiếu sáng, mỗi phô tôn của ánh sáng kích thích sẽ truyền toàn bộ năng lượng cho một electron liên kết làm cho electron giải phóng ra khỏi liên kết trở thành electron tự do đồng thời để lại một lỗ trống. Cả electron và lỗ trống đều tham gia vào quá trình dẫn điện nên chất nói trên trở nên dẫn điện tốt.

Hiện tượng ánh sáng (hoặc bức xạ điện từ) giải phóng 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.

2. Quang điện trở

Người ta phủ lên trên đế cách điện (1) (bằng thủy tinh hay bằng chất dẻo) một lớp bán dẫn mỏng (2), bề dày chừng 20 $÷$ 30 µm (như chì sunfua hay cađimi sunfua). Từ hai đầu của lớp bán dẫn, người ta làm các điện cực (3) bằng kim loại và dẫn ra ngoài bằng các dây dẫn (4) ; mạch ngoài nối với điện kế (5), một điện trở tải R và nguồn điện (6). Khi cường độ ánh sáng chiếu vào quang điện trở thay đổi, thì cường độ dòng điện trong mạch cũng thay đổi và hiệu điện thế hai đầu điện trở tải R cũng thay đổi, phù hợp với sự biến thiên của cường độ ánh sáng.

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 MΩ → vài chục Ω.

3. Pin quang điện

a. Khái niệm: Là pin chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Hiệu suất trên dưới 10%

b. Cấu tạo:

Pin có 1 tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p, trên cùng là một lóp 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 cho e khuếch tán từ n sang p và lỗ trống khuyếch tán từ p sang n →  gọi là lớp chặn.

 Khi chiếu ánh sáng có $\lambda \le {\lambda }_0$ 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 0,5 V → 0,8 V.

c. Ứng dụng

Pin quang điện đã trở thành nguồn cung cấp điện năng cho các vùng sâu, vùng xa ở nước ta, trên các vệ tinh nhân tạo, con tàu vũ trụ, trong các máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi,...

4. Hiện tượng quang điện trong. Quang trở. Pin quang điện

Hiện tượng ánh sáng (hoặc bức xạ điện từ) giải phóng 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.

Điều kiện để xảy ra hiện tượng quang điện trong: $\lambda \le {\lambda }_0\iff \epsilon \ge {\epsilon }_0$ 

Quang trở khi để trong bóng tối: $I_0=\frac{E}{r+R_0}$ 

Quang trở khi chiếu xáng: $I=\frac{E}{r+R}$ 

Hiệu suất pin quang điện: $H=\frac{UI}{P_{sang}}=\frac{UI}{I_{sang}S}$ 

Ví dụ minh hoạ

Câu 1: Hiện tượng quang điện là hiện tượng êlectron bị bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại

A. khi tấm kim loại bị nung nóng.

B. nhiễm điện do tiếp xúc với một vật nhiễm điện khác.

C. do bất kì nguyên nhân nào.

D. khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó.

Lời giải:

Đáp án: D

Giải thích:

Hiện tượng quang điện là hiện tượng êlectron bị bứt ra khỏi bề mặt tấm kim loại khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào nó.

Câu 2: Tìm phát biểu sai khi nói về thuyết lượng tử ánh sáng?

A. Nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ ánh sáng một cách liên tục mà thành từng phần riêng biệt, đứt quãng.

B. Ánh sáng được tạo bởi các hạt gọi là photon.

C. Năng lượng của các photon ánh sáng là như nhau, không phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.

D. Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử ánh sáng không thay đổi và không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng.

Lời giải:

Đáp án: C

Giải thích:

Năng lượng của các photon ánh sáng là khác nhau, phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.

Câu 3: Một photon có năng lượng 2,48 eV trong chân không. Nếu ở trong môi trường có chiết suất n = 1,5 thì năng lượng của photon này bằng:

A. 3,98 eV.

B. 1,65 eV.

C. 2,48 eV.

D. 3,72 eV.

Lời giải:

Đáp án: C

Giải thích:

Năng lượng của photon:

$\epsilon =\frac{hc}{\lambda }=hf$

Khi ánh ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì f không đổi:

 ε′ = ε = 2,48 eV

Câu 4: Thuyết lượng tử ánh sáng không được dùng để giải thích

A. hiện tượng quang điện.

B. hiện tượng quang-phát quang.

C. hiện tượng giao thoa ánh sáng.

D. nguyên tắc hoạt động của pin quang điện.

Lời giải:

Đáp án: C

Giải thích:

Thuyết lượng tử ánh sáng không được dùng để giải thích hiện tượng giao thoa ánh sáng.

Câu 5: Khi ánh sáng truyền đi, các lượng tử năng lượng

A. không bị thay đổi, không phụ thuộc vào khoảng cách nguồn sáng xa hay gần.

B. thay đổi, phụ thuộc vào khoảng cách nguồn sáng xa hay gần.

C. thay đổi tuỳ theo ánh sáng truyền theo môi trường nào.

D. không bị thay đổi khi ánh sáng truyền trong chân không.

Lời giải:

Đáp án: A

Giải thích:

Tần số ánh sáng f không đổi trong quá trình truyền nên lượng tử ánh sáng: ε = hf không đổi.

Bài tập vận dụng

Câu 1: Động năng ban đầu cực đại của các electron phụ thuộc vào?

A. Năng lượng của photon chiếu tới.

B. Cường độ bức xạ chiếu tới.

C. Công thoát.

D. Cả A và C đúng.

Lời giải:

Đáp án: D

Giải thích:

Sử dụng công thức Anhxtanh:

$\epsilon =\frac{hc}{\lambda }=A+{\text{W}}_{d\max }=\frac{hc}{{\lambda }_0}+{\text{W}}_{d\max }$

Câu 2: Chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc vào một tấm kẽm. Biết giới hạn quang điện của kẽm là 0,35μm. Hiện tượng quang điện sẽ không xảy ra nếu ánh sáng có bước sóng

A. 0,1 μm.       

B. 0,2 μm.       

C. 0,3 μm.       

D. 0,4 μm.

Lời giải:

Đáp án: D

Giải thích:

Giới hạn quang điện của kẽm là λ₀ = 0,35μm.

Vậy λ = 0,4μm > λ₀ không gây ra hiện tượng quang điện cho tấm kẽm.

Câu 3: Công thoát êlectron của kim loại phụ thuộc vào

A. bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại.

B. bản chất của kim loại.

C. cường độ của chùm sáng kích thích.

D. bước sóng của ánh sáng kích thích.

Lời giải:

Đáp án: B

Giải thích:

Công thoát êlectron của kim loại phụ thuộc vào bản chất của kim loại.

Câu 4: Tất cả các photon trong chân không có cùng

A. năng lượng.       

B. tần số.

C. tốc độ.       

D. bước sóng.

Lời giải:

Đáp án: C

Giải thích:

Khi truyền trong chân không các photon có cùng tốc độ 3.10⁸ m/s.

Câu 5: Êlectrôn bật ra khỏi kim loại khi có một bức xạ đơn sắc chiếu vào, là vì

A. bức xạ đó có cường độ rất lớn.

B. vận tốc của bức xạ đó lớn hơn vận tốc xác định.

C. bức xạ đó có bước sóng λ xác định.

D. tần số bức xạ đó có giá trị lớn hơn một giá trị xác định.

Lời giải:

Đáp án: D

Giải thích:

Êlectrôn bật ra khỏi kim loại khi có một bức xạ đơn sắc chiếu vào phải lớn hơn công thoát ( hf  > A = hf₀  f  > f₀ ). Vậy tần số bức xạ đó có giá trị lớn hơn một giá trị xác định.

Câu 6: Trong chân không, ánh sáng tím có bước sóng 0,4 . Mỗi photon ánh sáng này mang năng lượng xấp xỉ bằng

A. 4,97.10⁻³¹ J.

B. 4,97.10⁻¹⁹ J.

C. 2,49.10⁻¹⁹ J.

D. 2,49.10⁻³¹ J.

Lời giải:

Đáp án: B

Giải thích:

Mỗi photon ánh sáng này mang năng lượng xấp xỉ bằng:

$\epsilon =\frac{hc}{\lambda }=\frac{6,{625.10}^{-34} {\mathrm{.3.10}}^8}{0,{4.10}^{-6}}=4,{96875.10}^{-19}J$.

Bài tập tự luyện có hướng dẫn (xem chi tiết trong file)

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí chi tiết khác:

40 Bài tập Thế năng con lắc lò xo (2024) có đáp án

Công thức tán sắc ánh sáng (2024) chi tiết và hay nhất

80 bài tập về phản ứng phân hạch. phản ứng nhiệt hạch (có đáp án năm 2023)

80 bài tập về tính chất và cấu tạo hạt nhân (có đáp án năm 2023)

90 bài tập về tán sắc ánh sáng (có đáp án năm 2023)