Dạy học tích hợp Vật lý 9 - Các tác dụng của ánh sáng

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÌNH XUYÊN
TRƯỜNG THCS LÝ TỰ TRỌNG

TRƯỜNG: THCS LÝ TỰ TRỌNG
TỔ: KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NHÓM THỰC HIỆN:
1. LƯU VĂN BÍCH – NHÓM TRƯỞNG
ĐIỆN THOẠI: 0902031079
EMAIL:
2. LÊ THỊ Ô MAI – THÀNH VIÊN
ĐIỆN THOẠI: 01668689009
EMAIL:


PHIẾU MÔ TẢ DỰ ÁN DẠY HỌC – MÔN VẬT LÝ
Sở Giáo dục – Đào tạo Vĩnh Phúc
Phòng Giáo dục – Đào tạo Bình Xuyên
Trường THCS Lý Tự Trọng
Địa chỉ: Thị trấn Hương Canh – Huyện Bình Xuyên – Tỉnh Vĩnh Phúc
Điện thoại: 02113866927; Email:
Nhóm giáo viên:
1. LƯU VĂN BÍCH
Điện thoại: 0902031079; Email:
2. LÊ THỊ Ô MAI
Điện thoại: 01668689009; Email:
1. Tên dự án dạy học
CÁC TÁC DỤNG CỦA ÁNH SÁNG
2. Mục tiêu dạy học
2.1. Kiến thức:
2.1.1. Môn Vật lý
- Nêu được ví dụ thực tế về tác dụng nhiệt, sinh học và quang điện của ánh sáng và

chỉ ra được sự biến đổi năng lượng đối với mỗi tác dụng này.
+ Ánh sáng chiếu vào các vật sẽ làm chúng nóng lên. Điều này chứng tỏ ánh sáng
có năng lượng. Năng lượng ánh sáng đã bị biến thành nhiệt năng của vật. Đó là tác
dụng nhiệt của ánh sáng.
+ Ánh sáng có thể gây ra một số biến đổi nhất định ở các sinh vật. Đó là tác dụng
sinh học của ánh sáng. Trong tác dụng này, năng lượng của ánh sáng đã biến thành
các dạng năng lượng cần thiết cho sinh vật.
+ Pin mặt trời còn gọi là pin quang điện, là một nguồn điện có thể phát điện khi có
ánh sáng chiếu vào nó. Trong pin có sự biến đổi trực tiếp của năng lượng ánh sáng
thành năng lượng điện. Tác dụng của ánh sáng lên pin quang điện gọi là tác dụng
quang điện. Pin quang điện dùng để chạy đồng hồ điện tử, máy tính cầm tay,…
Đặc biệt, tàu vũ trụ trong không gian Vũ trụ nhờ có pin quang điện cung cấp điện
để chúng hoạt động. Hiện nay, nhiều nhà sản xuất xe ôtô đang đẩy mạnh việc
nghiên cứu để sản xuất các ôtô chạy bằng năng lượng Mặt Trời.
2.1.2. Môn Sinh học
Lớp 6: Chương IX. Vai trò của thực vật.
2

2


Xác định chất mà lá cây chế tạo được khi có ánh sáng:
Điều kiện: Có ánh sáng;
Các chất tham gia: CO2, H2O;
Các chất tạo thành: tinh bột, khí O2;
Ý nghĩa của quá trình quang hợp: Tổng hợp chất hữu cơ, làm không khí luôn được
cân bằng.
Lớp 9: Phần II. Sinh vật và môi trường - Chương I. Sinh vật và môi trường.
Nêu được ảnh hưởng của nhân tố ánh sáng đến các đặc điểm hình thái, giải phẫu,
sinh lý và tập tính của sinh vật.

2.2. Kỹ năng
2.2.1. Môn Vật lý
- Tiến hành được thí nghiệm để so sánh tác dụng nhiệt của ánh sáng lên một vật có
màu trắng và lên một vật có màu đen.
Tiến hành thí nghiệm: Lần lượt chiếu ánh sáng vào một tấm kim loại có 2 mặt sơn
đen và trắng khác nhau.
- Theo dõi độ tăng nhiệt độ trong cùng một khoảng thời gian trong các trường hợp:
+ Chiếu ánh sáng và mặt sơn màu trắng.
+ Chiếu ánh sáng vào mặt sơn màu đen.
- Nhận xét và rút ra kết luận: Trong tác dụng nhiệt của ánh sáng thì các vật có màu
tối hấp thụ năng lượng ánh sáng mạnh hơn các vật có màu sáng.
2.2.2. Môn Sinh học
- Lớp 6: Chương IX. Vai trò của thực vật.
- Lớp 9: Phần II. Sinh vật và môi trường - Chương I. Sinh vật và môi trường.
2.3. Thái độ
- Cẩn thận, trung thực, hợp tác trong các hoạt động.
- Thấy rõ trách nhiệm của bản thân về việc sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng
lượng góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và bảo vệ môi trường.
3. Đối tượng dạy học
- Học sinh trường THCS Lý Tự Trọng – Bình Xuyên – Vĩnh Phúc
+ Số lượng: 126 học sinh
+ Số lớp: 4 lớp
+ Khối lớp: Khối 9
4. Ý nghĩa của dự án
3

3


4.1. Ý nghĩa của dự án đối với thực tiễn dạy học

- Qua việc dạy học của dự án thì học sinh đã có tư duy, vận dụng được kiến thức
của nhiều môn học khác nhau để giải quyết một vấn đề gặp trong cuộc sống.
- Từ những kiến thức của dự án và cách vận dụng kiến thức của nhiều môn học
khác nhau để giải quyết vấn đề mà học sinh có thể vận dụng đối với các tình huống
khác.
4.2. Ý nghĩa của dự án đối với thực tiễn đời sống
- Phát hiện các tác dụng của ánh sáng từ đó biết sử dụng và phát huy vai trò của
các tác dụng đó phục vụ.
- Học sinh có được những kiến thức để vận dụng vào cuộc sống hàng ngày. Đó là
nâng cao khả năng rèn luyện của bản thân và cộng đồng.
- Có kỹ năng sống, có ý thức thực hành sử dụng tiết kiệm điện năng nói riêng và
các dạng năng lượng khác nói chung.
- Nâng cao ý thức bảo vệ môi trường, tích cực bảo vệ và trồng thêm cây xanh.
5. Thiết bị dạy học và học liệu
5.1. Thiết bị dạy học
- Bộ thí nghiệm so sánh tác dụng nhiệt của ánh sáng lên một vật có màu trắng và
lên một vật có màu đen.
- Bộ thí nghiệm về pin quang điện.
- Phòng học bộ môn.
5.2. Học liệu
5.2.1. Một số hình ảnh về ứng dụng các tác dụng của ánh sáng.
5.2.2. Một số thông tin về các tác dụng của ánh sáng.
5.2.2.1. Năng lượng mặt trời (quang năng)
Năng lượng mặt trời thu được trên Trái Đất là năng lượng của dòng bức xạ
điện từ photon xuất phát từ Mặt Trời đến Trái Đất. Trái Đất nhận được dòng năng
lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng
5 tỷ năm nữa.
Hiện nay có hai loại phương pháp sử dụng năng lượng mặt trời:
• Phơi nắng để các vật tiếp thu trực tiếp photon, làm nóng các vật, tức là
chuyển thành nhiệt năng (quang năng chuyển thành nhiệt năng): Phơi, xấy

quần áo, thóc, ... Thí dụ: Bình đun nước mặt trời, làm sôi nước trong các
máy nhiệt điện của tháp mặt trời, máy điều hoà mặt trời, ...
• Sử dụng hiệu ứng quang điện: Thí dụ; Pin mặt trời.

4

4


Nguồn năng lượng mặt trời rất lớn, vô tận. Lưu lượng quang năng từ Mặt Trời
xuống mặt đất là 1.366W mỗi mét vuông. Nhưng vì Mặt Trời chiếu sáng ban ngày
và một phần bị mây che, nên trung bình mỗi mét vuông chỉ nhận được 150 - 500
kWh/m2/năm tuỳ từng nơi. Ngành năng lượng mặt trời đã có bước nhảy vọt trong
năm 2007, với công suất tới 100MW điện mới trên toàn thế giới được đưa vào sử
dụng. Nhiều thiết bị tiêu thụ ít điện hiện nay có thể sử dụng pin quang điện như:
đồng hồ, máy tính xách tay, radio, máy thu hình công suất nhỏ; trạm tín hiệu, rơle
viễn thông.
Ở Việt Nam đã và đang nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời: Thiết bị đun
nóng, các trạm phát điện mặt trời công suất nhỏ. Tháng 12/2007, Thủ tướng Chính
phủ đã phê duyệt “Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam đến
năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050”. Ngoài việc phấn đấu cung cấp đủ năng lượng
cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, chương trình đề ra mục tiêu phấn đấu tăng
tỷ lệ các nguồn năng lượng mới và tái tạo trong tổng năng lượng thương mại sơ
cấp. Theo Phó thủ tướng Hoàng Trung Hải, việc phát triển nguồn năng lượng mới,
trong đó có điện mặt trời khi năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt là mục tiêu
quan trọng. “Phấn đấu đến năm 2010, tỷ lệ các nguồn năng lượng mới và tái tạo
chiếm khoảng 3% tổng năng lượng thương mại sơ cấp; đến 2050 là 11%. Việc phát
triển điện mặt trời ở Việt Nam sẽ góp phần hoàn thành mục tiêu sử dụng năng
lượng tái tạo chương trình điện khí hóa nông thôn của Chính phủ".
(Nguồn: và hiendaihoa.com).

5.2.2.2. Tác dụng sinh học của ánh sáng
Ý nghĩa của ánh sáng
Ánh sáng là một yếu tố sinh thái, ánh sáng có vai trò quan trọng đối với các cơ thể
sống. Ánh sáng là nguồn cung cấp năng lượng cho thực vật tiến hành quang hợp.
Một số vi sinh vật dị dưỡng (nấm, vi khuẩn) trong quá trình sinh trưởng và phát
triển cũng sử dụng một phần ánh sáng. Ánh sáng điều khiển chu kỳ sống của sinh
vật.
Tùy theo cường độ và chất lượng của ánh sáng mà nó ảnh hưởng nhiều hay ít đến
quá trình trao đổi chất và năng lượng cùng nhiều quá trình sinh lý của các cơ thể
sống. Ngoài ra ánh sáng còn ảnh hưởng nhiều đến nhân tố sinh thái khác như nhiệt
độ, độ ẩm, không khí đất và địa hình.
- Sự phân bố và thành phần quang phổ của ánh sáng.
Tất cả sự sống trên bề mặt Trái Đất tồn tại được là nhờ năng lượng chiếu sáng của
Mặt Trời và sinh quyển.
Bức xạ mặt trời là một dạng phóng xạ điện từ với một biên độ các bước sóng rộng
lớn. Bức xạ mặt trời khi xuyên qua khí quyển đã bị các chất trong khí quyển như
5

5


O2, O3, CO2, hơi nước ... hấp thụ một phần (khoảng 19% toàn bộ bức xạ) ; 34%
phản xạ vào khoảng không vũ trụ và 49% lên bề mặt trái đất.
Phần ánh sáng chiếu thẳng xuống mặt đất gọi là ánh sáng trực xạ (ánh sáng mặt
trời), còn phần bị bụi, hơi nước ... khuyếch tán gọi là ánh sáng tán xạ. Có khoảng
63% ánh sáng trực xạ và 37% ánh sáng tán xạ. ánh sáng phân bố không đồng đều
trên bề mặt trái đất do độ cong của bề mặt trái đất và độ lệch trục trái đất so với
mặt phẳng quỹ đạo của nó quay quanh mặt trời. Do vậy ở các vùng nhiệt đới nguồn
năng lượng bức xạ nhận được lớn gấp 5 lần so với vùng cực. Càng lên cao cường
độ ánh sáng càng mạnh hơn vùng thấp. Ánh sáng còn thay đổi theo thời gian trong

năm, ở các cực của Trái Đất mùa đông không có ánh sáng, mùa hè ánh sáng chiếu
liên tục, ở vùng ôn đới có mùa hè ngày kéo dài, mùa đông ngày ngắn. Càng đi về
phía xích đạo thì độ dài ngày càng giảm dần.
Ảnh hưởng của ánh sáng lên thực vật
Độ dài bước sóng có ý nghĩa sinh thái vô cùng quan trọng đối với sinh vật nói
chung và đối với động vật, thực vật nói riêng.
Ánh sáng có ảnh hưởng đến toàn bộ đời sống của thực vật từ khi hạt nảy mầm,
sinh trưởng, phát triển cho đến khi cây ra hoa kết trái rồi chết.
Ánh sáng có ảnh hưởng khác nhau đến sự nảy mầm của các loại hạt. Có nhiều loại
hạt nảy mầm trong đất không cần ánh sáng, nếu các hạt này bị bỏ ra ngoài ánh sáng
thì sự nảy mầm bị ức chế, hoặc không nảy mầm, như hạt cà độc dược, hoặc hạt của
một số loài trong họ Hành (Liliaceae). Trái lại có một số hạt giống ở chỗ tối không
nảy mầm được tốt như hạt cây phi lao, thuốc lá, cà rốt và phần lớn các cây thuộc
họ Lúa (Poaceae).
Ánh sáng có ảnh hưởng nhất định đến hình thái và cấu tạo của cây. Những cây mọc
riêng lẽ ngoài rừng hay những cây mọc trong rừng có thân phát triển đều, thẳng, có
tán cân đối. Những cây mọc ở bìa rừng hoặc trên đường phố có tường nhà cao
tầng, do có tác dụng không đồng đều của ánh sáng ở 4 phía nên tán cây lệch về
phía có nhiều ánh sáng. Đặc tính này gọi là tính hướng ánh sáng của cây.
Ánh sáng còn ảnh hưởng đến hệ rễ của cây. Đối với một số loài cây có rễ trong
không khí (rễ khí sinh) thì ánh sáng giúp cho quá trình tạo diệp lục trong rễ nên rễ
có thể quang hợp như một số loài phong lan trong họ Lan (Orchidaceae). Còn hệ rễ
ở dưới đất chịu sự tác động của ánh sáng, rễ của các cây ưa sáng phát triển hơn rễ
của cây ưa bóng.
Lá là cơ quan trực tiếp hấp thụ ánh sáng nên chịu ảnh hưởng nhiều đối với sự thay
đổi cường độ ánh sáng. Do sự phân bố ánh sáng không đồng đều trên tán cây nên
cách sắp xếp lá không giống nhau ở tầng dưới, lá thường nằm ngang để có thể tiếp
nhận được nhiều nhất ánh sáng tán xạ; các lá ở tầng trên tiếp xúc trực tiếp với ánh

6

6


sáng nên xếp nghiêng nhằm hạn chế bớt diện tích tiếp xúc với cường độ ánh sáng
cao.
Ngoài ra cây sinh trưởng trong điều kiện chiếu sáng khác nhau có đặc điểm hình
thái, giải phẫu khác nhau. Trên cùng một cây, lá ở ngọn thường dày, nhỏ, cứng, lá
được phủ một lớp cutin dày, mô giậu phát triển, có nhiều gân và lá có màu nhạt.
Còn lá ở trong tầng bị che bóng có phiến lá lớn, lá mỏng và mềm, có tầng cutin
mỏng, có mô giậu kém phát triển, gân ít và lá có màu lục đậm.
Ánh sáng có ảnh hưởng đến quá trình sinh lý của thực vật, trong thành phần quang
phổ của ánh sáng, diệp lục chỉ hấp thụ một số tia sáng. Bằng những thí nghiệm,
Timiriadep đã chứng minh được rằng, những tia sáng bị diệp lục hấp thụ mới phát
sinh quang hợp. Cường độ quang hợp lớn nhất khi chiếu tia đỏ là tia mà diệp lục
hấp thụ nhiều nhất.
Khả năng quang hợp của các loài thực vật C3 và C4 khác nhau rất đáng kể. Ở thực
vật C4 quá trình quang hợp tiếp tục tăng khi cường độ bức xạ vượt ngoài cường độ
bình thường trong thiên nhiên (như ở Zea mays, Saccharum officinarum, Sorghum
vulgare...). ở thực vật C3, quá trình quang hợp tăng khi cường độ chiếu sáng thấp,
nhất là các cây ưa bóng. Thực vật C3 gồm các loài Triticum vulgare, Secale
cereale, Trifolium repens...
Liên quan đến cường độ chiếu sáng, thực vật được chia thành các nhóm cây ưa
sáng, cây ưa bóng và cây chịu bóng. Cây ưa sáng tạo nên sản phẩm quang hợp cao
khi điều kiện chiếu sáng tăng lên, nhưng nói chung, sản phẩm quang hợp đạt cực
đại không phải trong điều kiện chiếu sáng cực đại mà ở cường độ vừa phải
(optimum). Ngược lại cây ưa bóng cho sản phẩm quang hợp cao ở cường độ chiếu
sáng thấp. Trung gian giữa 2 nhóm trên là nhóm cây chịu bóng nhưng nhịp điệu
quang hợp tăng khi sống ở những nơi được chiếu sáng đầy đủ. Đặc điểm cấu tạo về
hình thái, giải phẩu và hoạt động sinh lý của các nhóm cây này hoàn toàn khác

nhau thể hiện đặc tính thích nghi của chúng đối với các điều kiện môi trường sống
khác nhau. Do đặc tính này mà thực vật có hiện tượng phân tầng và ý nghĩa sinh
học rất lớn.
Ánh sáng có ảnh hưởng rõ rệt đến quá trình sinh sản của thực vật. Tương quan
giữa thời gian chiếu sáng và che tối trong ngày - đêm gọi là quang chu kỳ. Tương
quan này không giống nhau trong các thời kỳ khác nhau trong năm cũng như trên
các vĩ tuyến khác nhau. Quang chu kỳ đã được Garner và Alland phát hiện năm
1920. Liên quan đến độ dài chiếu sáng, thực vật còn được chia thành nhóm cây
ngày dài và cây ngày ngắn. Cây ngày dài là cây ra hoa kết trái cần pha sáng nhiều
hơn pha tối, còn ngược lại, cây ngày ngắn đòi hỏi độ dài chiếu sáng khi ra hoa kết
trái ngắn hơn.
Ánh hưởng của ánh sáng đối với động vật
7

7


Ánh sáng rất cần thiết cho đời sống động vật. Các loài động vật khác nhau cần
thành phần quang phổ, cường độ và thời gian chiếu sáng khác nhau. Tùy theo sự
đáp ứng đối với yếu tố ánh sáng mà người ta chia động vật thành hai nhóm:
- Nhóm động vật ưa sáng là những loài động vật chịu được giới hạn rộng về độ dài
sáng, cường độ và thời gian chiếu sáng. Nhóm này bao gồm các động vật hoạt
động vào ban ngày, thường có cơ quan tiếp nhận ánh sáng. Ở động vật bậc thấp cơ
quan này là các tế bào cảm quang, phân bố khắp cơ thể, còn ở động vật bậc cao
chúng tập trung thành cơ quan thị giác. Thị giác rất phát triển ở một số nhóm động
vật như côn trùng, chân đầu, động vật có xương sống, nhất là ở chim và thú. Do
vậy, động vật thường có màu sắc, đôi khi rất sặc sỡ (côn trùng) và được xem như
những tín hiệu sinh học.
- Nhóm động vật ưa tối bao gồm những loài động vật chỉ có chịu được giới hạn
hẹp về độ dài sáng. Nhóm này bao gồm các động vật hoạt động vào ban đêm, sống

trong hang động, trong đất hay ở đáy biển sâu. Nhóm động vật này có màu sắc
không phát triển và thân thường có màu xỉn đen. Những loài động vật ở dưới biển,
nơi thiếu ánh sáng, cơ quan thị giác có khuynh hướng mở to hoặc còn đính trên các
cuống thịt, xoay quanh 4 phía để mở rộng tầm nhìn, còn ở những vùng không có
ánh sáng, cơ quan tiêu giảm hoàn toàn, nhường cho sự phát triển cơ quan xúc giác
và cơ quan phát sáng.
Ở một số loài động vật có khả năng tiếp nhận những tia sáng khác nhau của quang
phổ ánh sáng mặt trời mà mắt người không tiếp thu được. Một số loài động vật
thâm mềm dưới nước sâu và Rắn mai gầm có thể tiếp thu tia hồng ngoại. Ong và
một số loài chim có thể phân biệt được mặt phẳng phân cực ánh sáng mà con
người hoàn toàn không nhận biết, ngoài ra chúng còn có thể nhìn thấy được quang
phổ vùng sóng ngắn trong đó có cả tia tử ngoại nhưng không nhận biết được tia
sáng màu đỏ (có độ dài sóng lớn). Ong chính nhờ tiếp thu được mặt phẳng phân
cực ánh sáng nên xác định được vị trí của mình mà định hướng được địa phương
thậm chí cả khi Mặt Trời bị mây che lấp.
Nhiều loài động vật định hướng nhờ thị giác trong thời gian di cư. Đặc biệt nhất là
chim, những loài chim trú đông bay vượt qua hàng ngàn kilômét đến nơi có khí
hậu ấm hơn nhưng không bị chệch hướng.
Qua nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng ánh sáng sau khi kích thích
cơ quan thị giác, thông qua trung khu thần kinh gây nên hoạt động nội tiết ở tuyến
não thùy, từ đó ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát dục ở động vật.
Ví dụ: Để rút ngắn thời gian phát triển ở cá hồi (Salvelinus fontinalles) người ta
tăng cường độ chiếu sáng. Hoặc như cá chép nuôi ở những ruộng lúa vùng Quế
Lâm (Trung Quốc) do ảnh hưởng của ánh sáng mạnh, nhiệt độ cao, nên tuy cơ thể
cá còn nhỏ (150-250 gam) nhưng đã thành thục sinh dục sớm (1 tuổi). Dựa vào
8

8

hiện tượng đó, ngư dân vùng Quảng Đông (Trung Quốc) đã thúc đẩy cá chép đẻ
sớm bằng cách hạ mực nước trong ao nuôi vào mùa xuân để tăng cường độ ánh
sáng và nhiệt độ nước cho cá thành thục sinh sản sớm.
Thời gian chiếu sáng của ngày có ảnh hưởng đến hoạt động sinh sản của nhiều loài
động vật. Người ta nhận thấy rằng cá hồi (Salvelinus fontinalles) thường đẻ trứng
vào mùa thu, nhưng nếu vào mùa xuân tăng cường thời gian chiếu sáng hoặc giảm
thời gian chiếu sáng về mùa hè cho giống với điều kiện chiếu sáng mùa thu thì cá
vẫn đẻ trứng.
Ở nhiều loài chim vùng ôn đới, cận nhiệt đới, sự chín sinh dục xảy ra khi độ dài
ngày tăng.
Một số loài thú như cáo, một số loài thú ăn thịt nhỏ; một số loài gậm nhấm sinh
sản vào thời kỳ có ngày dài, ngược lại nhiều loài nhai lại có thời kỳ sinh sản ứng
với ngày ngắn.
Ở một số loài côn trùng (một số sâu bọ) khi thời gian chiếu sáng không thích hợp
sẽ xuất hiện hiện tượng đình dục (diapause) tức là có thể tạm ngừng hoạt động và
phát triển.
5.2.2.3. Tác dụng quang điện của ánh sáng
Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị
bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời
có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng
quang điện.
Các pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp cho các
vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, 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... Pin năng lượng mặt trời (tạo thành các module hay các tấm năng lượng mặt
trời) xuất hiện trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể kết nối với bộ chuyển đổi của
mạng lưới điện.
Lịch sử
Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp
Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lượng mới

được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực
mỏng vàng để tạo nên mạch nối. Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%, Russell Ohl xem là
người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946. Sven Ason Berglund đã có
phương pháp liên quan đến việc tăng khả năng cảm nhận ánh sáng của pin.
Nền tảng

9

9


Để tìm hiểu về pin mặt trời, thì cần một ít lý thuyết nền tảng về vật lý chất bán dẫn.
Để đơn giản, miêu tả sau đây chỉ giới hạn hoạt động của một pin năng lượng tinh
thể silic.
Silic thuộc nhóm IV, tức là có 4 electron lớp ngoài cùng. Silic có thể kết hợp với
silicon khác để tạo nên chất rắn. Cơ bản có 2 loại chất rắn silicon, đa thù hình
(không có trật tự sắp xếp) và tinh thể (các nguyên tử sắp xếp theo thứ tự dãy không
gian 3 chiều). Pin năng lượng mặt trời phổ biến nhất dùng đa tinh thể silicon.
Silic là chất bán dẫn. Tức là thể rắn silic, tại một tầng năng lượng nhất định,
electron có thể đạt được, và một số tầng năng lượng khác thì không được. Các tầng
năng lượng không được phép này xem là tầng trống. Lý thuyết này căn cứ theo
thuyết cơ học lượng tử.
Ở nhiệt độ phòng, Silic nguyên chất có tính dẫn điện kém. Trong cơ học lượng tử,
giải thích thất tế tại mức năng lượng Fermi trong tầng trống. Để tạo ra silic có tính
dẫn điện tốt hơn, có thể thêm vào một lượng nhỏ các nguyên tử nhóm III hay V
trong bảng tuần hoàn hóa học. Các nguyên tử này chiếm vị trí của nguyên tử silic
trong mạng tinh thể, và liên kết với các nguyên tử silic bên cạnh tương tự như là
một silic. Tuy nhiên các phân tử nhóm III có 3 electron ngoài cùng và nguyên tử
nhóm V có 5 electron ngoài cùng, vì thế nên có chỗ trong mạng tinh thể có dư
electron còn có chỗ thì thiếu electron. Vì thế các electron thừa hay thiếu electron

(gọi là lỗ trống) không tham gia vào các kết nối mạng tinh thể. Chúng có thể tự do
di chuyển trong khối tinh thể. Silic kết hợp với nguyên tử nhóm III (nhôm hay gali)
được gọi là loại bán dẫn p bởi vì năng lượng chủ yếu mang điện tích dương
(positive), trong khi phần kết hợp với các nguyên tử nhóm V (phốt pho, asen) gọi
là bán dẫn n vì mang năng lượng âm (negative). Lưu ý rằng cả hai loại n và p có
năng lượng trung hòa, tức là chúng có cùng năng lượng dương và âm, loại bán dẫn
n, loại âm có thể di chuyển xung quanh, tương tự ngược lại với loại p.
Vật liệu và hiệu suất
Nhiều lọai vật liệu khác nhau được thử nghiệm cho pin mặt trời. Và hai tiêu chuẩn,
hiệu suất và giá cả.
Hiệu suất là tỉ số của năng lượng điện từ ánh sáng mặt trời. Vào buổi trưa một ngày
trời trong, ánh mặt trời tỏa nhiệt khoảng 1000 W/m². trong đó 10% hiệu suất của 1
module 1 m² cung cấp năng lượng khoảng 100 W. hiệu suất của pin mặt trời thay
đổi từ 6% từ pin mặt trời làm từ silic không thù hình, và có thể lên đến 30% hay
cao hơn nữa, sử dụng pin có nhiều mối nối nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
Có nhiều cách để nói đến giá cả của hệ thống tạo điện, là tính toán cụ thể trên từng
kilo Watt giờ (kWh). Hiệu suất của pin mặt trời kết hợp với sự bức xạ là 1 yếu tố
quyết định trong giá thành. Nói chung hiệu suất của toàn hệ thống là tầm quan
trọng của nó. Để tạo nên ứng dụng thực sự của pin tích hợp năng lượng, điện năng
10

10


tạo nên nối với mạng lưới điện sử dụng inverter; trong các phương tiện di chuyển,
hệ thống ắc quy sử dụng để lưu trữ nguồn năng lượng không sử dụng hiện tại. Các
pin năng lượng thương mại và hệ thống công nghệ có hiệu suất từ 5% đến 15%.
Giá của điện từ 50 Eurocent/kWh (Trung Âu) xuống tới 25 eurocent/kWh trong
vùng có ánh mặt trời nhiều.
Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là

các silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:
* Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski.
Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất mắc tiền do được cắt
từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module.
* Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc-đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội
và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém
hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn
đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó.
* Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh
thể, Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các
loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon.
Công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các lọai trên có độ dày 300μm tạo
thành và xếp lại để tạo nên module.
Sự chuyển đổi ánh sáng
Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:
1. Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi năng
lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng
lượng cao hơn.
2. Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi
năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng
cao hơn.
Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron
trong màng tinh thể. Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường
được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa. Khi
electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di
chuyển trong bán dẫn. Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là "lỗ trống".
Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến
điền vào "lỗ trống", và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có "lỗ trống".
Cứ tiếp tục như vậy "lỗ trống" di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn.
Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích electron

lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương
11

11


6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic. Tuy
nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là
năng lượng điện sử dụng được.
5.3. Ứng dụng công nghệ thông tin
- Sử dụng phần mềm Microsoft Office PowerPoint.
6. Hoạt động dạy học và tiến trình dạy học

Sử dụng trạm
học tập mở

- Tự do lựa chọn thứ tự hoạt động
tại các trạm.
- Có thể bắt đầu hay kết thúc tại
một trạm bất kì nào đó.

TRẠM 1: TÌM HIỂU TÁC DỤNG NHIỆT CỦA ÁNH SÁNG
THÔNG TIN
Năng lượng mặt trời (quang năng)
Năng lượng mặt trời thu được trên Trái Đất là năng lượng của dòng bức xạ
điện từ photon xuất phát từ Mặt Trời đến Trái Đất. Trái Đất nhận được dòng năng
lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng
5 tỷ năm nữa.
Hiện nay có hai loại phương pháp sử dụng năng lượng mặt trời:
• Phơi nắng để các vật tiếp thu trực tiếp photon, làm nóng các vật, tức là

chuyển thành nhiệt năng (quang năng chuyển thành nhiệt năng): Phơi, xấy
quần áo, thóc, ... Thí dụ: Bình đun nước mặt trời, làm sôi nước trong các
máy nhiệt điện của tháp mặt trời, máy điều hoà mặt trời, ...
• Sử dụng hiệu ứng quang điện: Thí dụ; Pin mặt trời.
Nguồn năng lượng mặt trời rất lớn, vô tận. Lưu lượng quang năng từ Mặt Trời
xuống mặt đất là 1.366W mỗi mét vuông. Nhưng vì Mặt Trời chiếu sáng ban ngày
và một phần bị mây che, nên trung bình mỗi mét vuông chỉ nhận được 150 - 500
kWh/m2/năm tuỳ từng nơi. Ngành năng lượng mặt trời đã có bước nhảy vọt trong
năm 2007, với công suất tới 100MW điện mới trên toàn thế giới được đưa vào sử
dụng. Nhiều thiết bị tiêu thụ ít điện hiện nay có thể sử dụng pin quang điện như:
đồng hồ, máy tính xách tay, radio, máy thu hình công suất nhỏ; trạm tín hiệu, rơle
viễn thông.
Ở Việt Nam đã và đang nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời: Thiết bị đun
nóng, các trạm phát điện mặt trời công suất nhỏ. Tháng 12/2007, Thủ tướng Chính
12

12


phủ đã phê duyệt “Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam đến
năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050”. Ngoài việc phấn đấu cung cấp đủ năng lượng
cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, chương trình đề ra mục tiêu phấn đấu tăng
tỷ lệ các nguồn năng lượng mới và tái tạo trong tổng năng lượng thương mại sơ
cấp. Theo Phó thủ tướng Hoàng Trung Hải, việc phát triển nguồn năng lượng mới,
trong đó có điện mặt trời khi năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt là mục tiêu
quan trọng. “Phấn đấu đến năm 2010, tỷ lệ các nguồn năng lượng mới và tái tạo
chiếm khoảng 3% tổng năng lượng thương mại sơ cấp; đến 2050 là 11%. Việc phát
triển điện mặt trời ở Việt Nam sẽ góp phần hoàn thành mục tiêu sử dụng năng
lượng tái tạo chương trình điện khí hóa nông thôn của Chính phủ".
(Nguồn: và hiendaihoa.com).

Ánh sáng chiếu vào các vật sẽ làm chúng nóng lên. Điều này chứng tỏ ánh sáng có
năng lượng. Năng lượng ánh sáng đã bị biến thành nhiệt năng của vật. Đó là tác
dụng nhiệt của ánh sáng.

Trong đời sống, trong kĩ thuật có thể dùng gương cầu lõm để đun nóng nước sinh
hoạt, làm chín thức ăn và làm sôi nước trong lò hơi chạy máy phát điện, trưng cất
nước tinh khiết trong bệnh viện …
1. Hãy nêu một số hiện tượng chứng tỏ ánh sáng khi chiếu vào các vật sẽ làm nóng
các vật đó lên?
13

13


………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
2. Hãy kể một số công việc trong đó người ta sử dụng tác dụng nhiệt của ánh sáng
để phục vụ đời sống hoặc sản xuất?
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
3. Tương truyền rằng Ac-si-mét đã dùng gương để đốt cháy các chiến thuyền của
người La Mã đến xâm phạm thành Xi-ra-quy-xơ, quê hương của ông. Ác-si-mét đã
dùng tác dụng gì của ánh sáng mặt trời?
……………………………………………………………………………………….
KẾT QUẢ CẦN ĐẠT CỦA TRẠM 1
1. Ví dụ:
Ánh sáng mặt trời chiếu vào nước biển trên ruộng muối, làm nước biển nóng lên
và bay hơi để lại muối kết tinh.
Khi ta phơi thóc, ngô, quần áo,... ngoài trời nắng, thì chúng hấp thụ năng lượng của
ánh sáng mặt trời, làm động năng của các phân tử nước tăng lên và bay hơi.

2. Ví dụ:
Trong đời sống, trong kĩ thuật có thể dùng gương cầu lõm để đun nóng nước sinh
hoạt, làm chín thức ăn và làm sôi nước trong lò hơi chạy máy phát điện, trưng cất
nước tinh khiết trong bệnh viện …
3. Ác-si-mét đã dùng tác dụng nhiệt của ánh sáng mặt trời.
4. Kết luận:
Ánh sáng chiếu vào các vật sẽ làm chúng nóng lên. Điều này chứng tỏ ánh sáng có
năng lượng. Năng lượng ánh sáng đã bị biến thành nhiệt năng của vật. Đó là tác
dụng nhiệt của ánh sáng.
TRẠM 2: NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG NHIỆT CỦA ÁNH SÁNG TRÊN VẬT
MÀU TRẮNG VÀ VẬT MÀU ĐEN
THÔNG TIN
- Tiến hành được thí nghiệm để so sánh tác dụng nhiệt của ánh sáng lên một vật có
màu trắng và lên một vật có màu đen.
Tiến hành thí nghiệm: Lần lượt chiếu ánh sáng vào một tấm kim loại có 2 mặt sơn
đen và trắng khác nhau.
- Theo dõi độ tăng nhiệt độ trong cùng một khoảng thời gian trong các trường hợp:
+ Chiếu ánh sáng vào vật mặt sơn màu trắng.
+ Chiếu ánh sáng vào vật mặt sơn màu đen.
14

14


Nhiệt độ

Lúc đầu

Sau 1 phút

Sau 2 phút

Sau 3 phút

Lần thí nghiệm
Với vật mặt sơn trắng
Với vật mặt sơn đen
1. Nhận xét và rút ra kết luận:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Theo tính toán của các nhà khoa học khi sử dụng điều hoà nhiệt độ vào mùa hè cứ
tăng lên 20C thì giảm được việc xả hàng 100kg khí cacbonic mỗi năm ra môi
trường (khí cacbonic là nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính).
Nếu đã đặt sẵn 230C trở lên thì cứ tăng 0,50C giảm được 3% năng lượng. Nếu
giảm được tiêu thụ năng lượng, chúng ta sẽ đỡ phải xây dựng thêm nhà máy và
tránh được những tác động tiêu cực đến môi trường.
2. Tại sao về mùa đông nên mặc quần áo màu tối, còn về mùa hè nên mặc quần áo
màu sáng?
Cơ thể được mát mẻ cần sử dụng các thiết bị điện vào mùa hè như thế nào?
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
KẾT QUẢ CẦN ĐẠT CỦA TRẠM 2
1. Nhận xét và rút ra kết luận: Trong tác dụng nhiệt của ánh sáng thì các vật có
màu tối hấp thụ năng lượng ánh sáng mạnh hơn các vật có màu sáng.
2. Về mùa đông nên mặc quần áo màu tối vì quần áo màu tối hấp thụ nhiều năng
lượng của ánh sáng mặt trời và sưởi ấm cho cơ thể.

Về mùa hè nên mặc quần áo màu sáng để nó hấp thụ ít năng lượng của ánh sáng
mặt trời giảm được sự nóng bức cho cơ thể. Từ đó hạn chế sử dụng các thiết bị
15

15


điện (quạt điện, điều hoà) ở gia đình, trường học, các công sở….từ đó tiết kiệm
được năng lượng điện.
TRẠM 3: TÁC DỤNG SINH HỌC CỦA ÁNH SÁNG
THÔNG TIN
Ý nghĩa của ánh sáng
Ánh sáng là một yếu tố sinh thái, ánh sáng có vai trò quan trọng đối với các cơ thể
sống. Ánh sáng là nguồn cung cấp năng lượng cho thực vật tiến hành quang hợp.
Một số vi sinh vật dị dưỡng (nấm, vi khuẩn) trong quá trình sinh trưởng và phát
triển cũng sử dụng một phần ánh sáng. Ánh sáng điều khiển chu kỳ sống của sinh
vật.
Tùy theo cường độ và chất lượng của ánh sáng mà nó ảnh hưởng nhiều hay ít đến
quá trình trao đổi chất và năng lượng cùng nhiều quá trình sinh lý của các cơ thể
sống. Ngoài ra ánh sáng còn ảnh hưởng nhiều đến nhân tố sinh thái khác như nhiệt
độ, độ ẩm, không khí đất và địa hình.
- Sự phân bố và thành phần quang phổ của ánh sáng.
Tất cả sự sống trên bề mặt Trái Đất tồn tại được là nhờ năng lượng chiếu sáng của
Mặt Trời và sinh quyển.
Bức xạ mặt trời là một dạng phóng xạ điện từ với một biên độ các bước sóng rộng
lớn. Bức xạ mặt trời khi xuyên qua khí quyển đã bị các chất trong khí quyển như
O2, O3, CO2, hơi nước ... hấp thụ một phần (khoảng 19% toàn bộ bức xạ); 34%
phản xạ vào khoảng không vũ trụ và 49% lên bề mặt trái đất.
Phần ánh sáng chiếu thẳng xuống mặt đất gọi là ánh sáng trực xạ (ánh sáng mặt
trời), còn phần bị bụi, hơi nước ... khuếch tán gọi là ánh sáng tán xạ. Có khoảng

63% ánh sáng trực xạ và 37% ánh sáng tán xạ. Ánh sáng phân bố không đồng đều
trên bề mặt trái đất do độ cong của bề mặt trái đất và độ lệch trục trái đất so với
mặt phẳng quỹ đạo của nó quay quanh mặt trời. Do vậy ở các vùng nhiệt đới nguồn
năng lượng bức xạ nhận được lớn gấp 5 lần so với vùng cực. Càng lên cao cường
độ ánh sáng càng mạnh hơn vùng thấp. Ánh sáng còn thay đổi theo thời gian trong
năm, ở các cực của Trái Đất mùa đông không có ánh sáng, mùa hè ánh sáng chiếu
liên tục, ở vùng ôn đới có mùa hè ngày kéo dài, mùa đông ngày ngắn. Càng đi về
phía xích đạo thì độ dài ngày càng giảm dần.
Ảnh hưởng của ánh sáng lên thực vật
Độ dài bước sóng có ý nghĩa sinh thái vô cùng quan trọng đối với sinh vật nói
chung và đối với động vật, thực vật nói riêng.
Ánh sáng có ảnh hưởng đến toàn bộ đời sống của thực vật từ khi hạt nảy mầm,
sinh trưởng, phát triển cho đến khi cây ra hoa kết trái rồi chết.
16

16


Ánh sáng có ảnh hưởng khác nhau đến sự nảy mầm của các loại hạt. Có nhiều loại
hạt nảy mầm trong đất không cần ánh sáng, nếu các hạt này bị bỏ ra ngoài ánh sáng
thì sự nảy mầm bị ức chế, hoặc không nảy mầm, như hạt cà độc dược, hoặc hạt của
một số loài trong họ Hành (Liliaceae). Trái lại có một số hạt giống ở chỗ tối không
nảy mầm được tốt như hạt cây phi lao, thuốc lá, cà rốt và phần lớn các cây thuộc
họ Lúa (Poaceae).
Ánh sáng có ảnh hưởng nhất định đến hình thái và cấu tạo của cây. Những cây mọc
riêng lẽ ngoài rừng hay những cây mọc trong rừng có thân phát triển đều, thẳng, có
tán cân đối. Những cây mọc ở bìa rừng hoặc trên đường phố có tường nhà cao
tầng, do có tác dụng không đồng đều của ánh sáng ở 4 phía nên tán cây lệch về
phía có nhiều ánh sáng. Đặc tính này gọi là tính hướng ánh sáng của cây.
Ánh sáng còn ảnh hưởng đến hệ rễ của cây. Đối với một số loài cây có rễ trong

không khí (rễ khí sinh) thì ánh sáng giúp cho quá trình tạo diệp lục trong rễ nên rễ
có thể quang hợp như một số loài phong lan trong họ Lan (Orchidaceae). Còn hệ rễ
ở dưới đất chịu sự tác động của ánh sáng, rễ của các cây ưa sáng phát triển hơn rễ
của cây ưa bóng.
Lá là cơ quan trực tiếp hấp thụ ánh sáng nên chịu ảnh hưởng nhiều đối với sự thay
đổi cường độ ánh sáng. Do sự phân bố ánh sáng không đồng đều trên tán cây nên
cách sắp xếp lá không giống nhau ở tầng dưới, lá thường nằm ngang để có thể tiếp
nhận được nhiều nhất ánh sáng tán xạ; các lá ở tầng trên tiếp xúc trực tiếp với ánh
sáng nên xếp nghiêng nhằm hạn chế bớt diện tích tiếp xúc với cường độ ánh sáng
cao.
Ngoài ra cây sinh trưởng trong điều kiện chiếu sáng khác nhau có đặc điểm hình
thái, giải phẫu khác nhau. Trên cùng một cây, lá ở ngọn thường dày, nhỏ, cứng, lá
được phủ một lớp cutin dày, mô giậu phát triển, có nhiều gân và lá có màu nhạt.
Còn lá ở trong tầng bị che bóng có phiến lá lớn, lá mỏng và mềm, có tầng cutin
mỏng, có mô giậu kém phát triển, gân ít và lá có màu lục đậm.
Ánh sáng có ảnh hưởng đến quá trình sinh lý của thực vật, trong thành phần quang
phổ của ánh sáng, diệp lục chỉ hấp thụ một số tia sáng. Bằng những thí nghiệm,
Timiriadep đã chứng minh được rằng, những tia sáng bị diệp lục hấp thụ mới phát
sinh quang hợp. Cường độ quang hợp lớn nhất khi chiếu tia đỏ là tia mà diệp lục
hấp thụ nhiều nhất.
Khả năng quang hợp của các loài thực vật C3 và C4 khác nhau rất đáng kể. Ở thực
vật C4 quá trình quang hợp tiếp tục tăng khi cường độ bức xạ vượt ngoài cường độ
bình thường trong thiên nhiên (như ở Zea mays, Saccharum officinarum, Sorghum
vulgare...). ở thực vật C3, quá trình quang hợp tăng khi cường độ chiếu sáng thấp,
nhất là các cây ưa bóng. Thực vật C3 gồm các loài Triticum vulgare, Secale
cereale, Trifolium repens...
17

17

Liên quan đến cường độ chiếu sáng, thực vật được chia thành các nhóm cây ưa
sáng, cây ưa bóng và cây chịu bóng. Cây ưa sáng tạo nên sản phẩm quang hợp cao
khi điều kiện chiếu sáng tăng lên, nhưng nói chung, sản phẩm quang hợp đạt cực
đại không phải trong điều kiện chiếu sáng cực đại mà ở cường độ vừa phải
(optimum). Ngược lại cây ưa bóng cho sản phẩm quang hợp cao ở cường độ chiếu
sáng thấp. Trung gian giữa 2 nhóm trên là nhóm cây chịu bóng nhưng nhịp điệu
quang hợp tăng khi sống ở những nơi được chiếu sáng đầy đủ. Đặc điểm cấu tạo về
hình thái, giải phẩu và hoạt động sinh lý của các nhóm cây này hoàn toàn khác
nhau thể hiện đặc tính thích nghi của chúng đối với các điều kiện môi trường sống
khác nhau. Do đặc tính này mà thực vật có hiện tượng phân tầng và ý nghĩa sinh
học rất lớn.
Ánh sáng có ảnh hưởng rõ rệt đến quá trình sinh sản của thực vật. Tương quan
giữa thời gian chiếu sáng và che tối trong ngày - đêm gọi là quang chu kỳ. Tương
quan này không giống nhau trong các thời kỳ khác nhau trong năm cũng như trên
các vĩ tuyến khác nhau. Quang chu kỳ đã được Garner và Alland phát hiện năm
1920. Liên quan đến độ dài chiếu sáng, thực vật còn được chia thành nhóm cây
ngày dài và cây ngày ngắn. Cây ngày dài là cây ra hoa kết trái cần pha sáng nhiều
hơn pha tối, còn ngược lại, cây ngày ngắn đòi hỏi độ dài chiếu sáng khi ra hoa kết
trái ngắn hơn.
Ánh hưởng của ánh sáng đối với động vật
Ánh sáng rất cần thiết cho đời sống động vật. Các loài động vật khác nhau cần
thành phần quang phổ, cường độ và thời gian chiếu sáng khác nhau. Tùy theo sự
đáp ứng đối với yếu tố ánh sáng mà người ta chia động vật thành hai nhóm:
- Nhóm động vật ưa sáng là những loài động vật chịu được giới hạn rộng về độ dài
sáng, cường độ và thời gian chiếu sáng. Nhóm này bao gồm các động vật hoạt
động vào ban ngày, thường có cơ quan tiếp nhận ánh sáng. Ở động vật bậc thấp cơ
quan này là các tế bào cảm quang, phân bố khắp cơ thể, còn ở động vật bậc cao
chúng tập trung thành cơ quan thị giác. Thị giác rất phát triển ở một số nhóm động
vật như côn trùng, chân đầu, động vật có xương sống, nhất là ở chim và thú. Do

vậy, động vật thường có màu sắc, đôi khi rất sặc sỡ (côn trùng) và được xem như
những tín hiệu sinh học.
- Nhóm động vật ưa tối bao gồm những loài động vật chỉ có chịu được giới hạn
hẹp về độ dài sáng. Nhóm này bao gồm các động vật hoạt động vào ban đêm, sống
trong hang động, trong đất hay ở đáy biển sâu. Nhóm động vật này có màu sắc
không phát triển và thân thường có màu xỉn đen. Những loài động vật ở dưới biển,
nơi thiếu ánh sáng, cơ quan thị giác có khuynh hướng mở to hoặc còn đính trên các
cuống thịt, xoay quanh 4 phía để mở rộng tầm nhìn, còn ở những vùng không có

18

18


ánh sáng, cơ quan tiêu giảm hoàn toàn, nhường cho sự phát triển cơ quan xúc giác
và cơ quan phát sáng.
Ở một số loài động vật có khả năng tiếp nhận những tia sáng khác nhau của quang
phổ ánh sáng mặt trời mà mắt người không tiếp thu được. Một số loài động vật
thâm mềm dưới nước sâu và Rắn mai gầm có thể tiếp thu tia hồng ngoại. Ong và
một số loài chim có thể phân biệt được mặt phẳng phân cực ánh sáng mà con
người hoàn toàn không nhận biết, ngoài ra chúng còn có thể nhìn thấy được quang
phổ vùng sóng ngắn trong đó có cả tia tử ngoại nhưng không nhận biết được tia
sáng màu đỏ (có độ dài sóng lớn). Ong chính nhờ tiếp thu được mặt phẳng phân
cực ánh sáng nên xác định được vị trí của mình mà định hướng được địa phương
thậm chí cả khi Mặt Trời bị mây che lấp.
Nhiều loài động vật định hướng nhờ thị giác trong thời gian di cư. Đặc biệt nhất là
chim, những loài chim trú đông bay vượt qua hàng ngàn kilômét đến nơi có khí
hậu ấm hơn nhưng không bị chệch hướng.
Qua nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh rằng ánh sáng sau khi kích thích
cơ quan thị giác, thông qua trung khu thần kinh gây nên hoạt động nội tiết ở tuyến

não thùy, từ đó ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát dục ở động vật.
Ví dụ: Để rút ngắn thời gian phát triển ở cá hồi (Salvelinus fontinalles) người ta
tăng cường độ chiếu sáng. Hoặc như cá chép nuôi ở những ruộng lúa vùng Quế
Lâm (Trung Quốc) do ảnh hưởng của ánh sáng mạnh, nhiệt độ cao, nên tuy cơ thể
cá còn nhỏ (150-250 gam) nhưng đã thành thục sinh dục sớm (1 tuổi). Dựa vào
hiện tượng đó, ngư dân vùng Quảng Đông (Trung Quốc) đã thúc đẩy cá chép đẻ
sớm bằng cách hạ mực nước trong ao nuôi vào mùa xuân để tăng cường độ ánh
sáng và nhiệt độ nước cho cá thành thục sinh sản sớm.
Thời gian chiếu sáng của ngày có ảnh hưởng đến hoạt động sinh sản của nhiều loài
động vật. Người ta nhận thấy rằng cá hồi (Salvelinus fontinalles) thường đẻ trứng
vào mùa thu, nhưng nếu vào mùa xuân tăng cường thời gian chiếu sáng hoặc giảm
thời gian chiếu sáng về mùa hè cho giống với điều kiện chiếu sáng mùa thu thì cá
vẫn đẻ trứng.
Ở nhiều loài chim vùng ôn đới, cận nhiệt đới, sự chín sinh dục xảy ra khi độ dài
ngày tăng.
Một số loài thú như cáo, một số loài thú ăn thịt nhỏ; một số loài gậm nhấm sinh
sản vào thời kỳ có ngày dài, ngược lại nhiều loài nhai lại có thời kỳ sinh sản ứng
với ngày ngắn.
Ở một số loài côn trùng (một số sâu bọ) khi thời gian chiếu sáng không thích hợp
sẽ xuất hiện hiện tượng đình dục (diapause) tức là có thể tạm ngừng hoạt động và
phát triển.

19

19


1. Nêu một số ví dụ về tác dụng của ánh sáng đối với cây cối và với con người?
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

2. Bố, mẹ thường khuyên con thỉnh thoảng phải ra ngoài nắng để cho cơ thể được
cứng cáp, khỏe mạnh. Bố, mẹ định nói đến tác dụng nào của ánh sáng?
……………………………………………………………………………………
3. Thực vật hấp thụ năng lượng ánh sáng để sinh trưởng và phát triển, từ đó tạo ra
nguồn năng lượng sinh học. Để có thể khai thác được nhiều năng lượng sinh học
chúng ta cần phải làm gì?
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
KẾT QUẢ CẦN ĐẠT CỦA TRẠM 3
1. Ví dụ:
+ Cây cối cần có sự quang hợp khi đó năng lượng của ánh sáng được biến đổi
thành các dạng năng lượng hữu cơ cần thiết tạo thành rễ, thân, vỏ, lá,… để phát
triển.

20

20


+ Khi tiếp xúc với ánh sáng Mặt Trời, da tổng hợp vitamin D giúp cho cơ thể tăng
cường sức đề kháng.
2. Tác dụng sinh học của ánh sáng.
3. -Trồng nhiều cây lương thực, cây công nghiệp và cây xanh…
- Không được tàn phá rừng.
4. Kết luận: Ánh sáng có thể gây ra một số biến đổi nhất định ở các sinh vật. Đó là
tác dụng sinh học của ánh sáng. Trong tác dụng này, năng lượng của ánh sáng đã
biến thành các dạng năng lượng cần thiết cho sinh vật.
TRẠM 4: TÁC DỤNG QUANG ĐIỆN CỦA ÁNH SÁNG
THÔNG TIN
Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là thiết bị

bán dẫn chứa lượng lớn các diod p-n, duới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời
có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng
quang điện.
Các pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp cho các
vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, 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... Pin năng lượng mặt trời (tạo thành các module hay các tấm năng lượng mặt
trời) xuất hiện trên nóc các tòa nhà nơi chúng có thể kết nối với bộ chuyển đổi của
mạng lưới điện.
Lịch sử
Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp
Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lượng mới
được tạo thành, bởi Charles Fritts, ông phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực
mỏng vàng để tạo nên mạch nối. Thiết bị chỉ có hiệu suất 1%, Russell Ohl xem là
người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946. Sven Ason Berglund đã có
phương pháp liên quan đến việc tăng khả năng cảm nhận ánh sáng của pin.
Nền tảng
Để tìm hiểu về pin mặt trời, thì cần một ít lý thuyết nền tảng về vật lý chất bán dẫn.
Để đơn giản, miêu tả sau đây chỉ giới hạn hoạt động của một pin năng lượng tinh
thể silic.
Silic thuộc nhóm IV, tức là có 4 electron lớp ngoài cùng. Silic có thể kết hợp với
silicon khác để tạo nên chất rắn. Cơ bản có 2 loại chất rắn silicon, đa thù hình
(không có trật tự sắp xếp) và tinh thể (các nguyên tử sắp xếp theo thứ tự dãy không
gian 3 chiều). Pin năng lượng mặt trời phổ biến nhất dùng đa tinh thể silicon.
Silic là chất bán dẫn. Tức là thể rắn silic, tại một tầng năng lượng nhất định,
21

21

electron có thể đạt được, và một số tầng năng lượng khác thì không được. Các tầng
năng lượng không được phép này xem là tầng trống. Lý thuyết này căn cứ theo
thuyết cơ học lượng tử.
Ở nhiệt độ phòng, Silic nguyên chất có tính dẫn điện kém. Trong cơ học lượng tử,
giải thích thất tế tại mức năng lượng Fermi trong tầng trống. Để tạo ra silic có tính
dẫn điện tốt hơn, có thể thêm vào một lượng nhỏ các nguyên tử nhóm III hay V
trong bảng tuần hoàn hóa học. Các nguyên tử này chiếm vị trí của nguyên tử silic
trong mạng tinh thể, và liên kết với các nguyên tử silic bên cạnh tương tự như là
một silic. Tuy nhiên các phân tử nhóm III có 3 electron ngoài cùng và nguyên tử
nhóm V có 5 electron ngoài cùng, vì thế nên có chỗ trong mạng tinh thể có dư
electron còn có chỗ thì thiếu electron. Vì thế các electron thừa hay thiếu electron
(gọi là lỗ trống) không tham gia vào các kết nối mạng tinh thể. Chúng có thể tự do
di chuyển trong khối tinh thể. Silic kết hợp với nguyên tử nhóm III (nhôm hay gali)
được gọi là loại bán dẫn p bởi vì năng lượng chủ yếu mang điện tích dương
(positive), trong khi phần kết hợp với các nguyên tử nhóm V (phốt pho, asen) gọi
là bán dẫn n vì mang năng lượng âm (negative). Lưu ý rằng cả hai loại n và p có
năng lượng trung hòa, tức là chúng có cùng năng lượng dương và âm, loại bán dẫn
n, loại âm có thể di chuyển xung quanh, tương tự ngược lại với loại p.
Vật liệu và hiệu suất
Nhiều lọai vật liệu khác nhau được thử nghiệm cho pin mặt trời. Và hai tiêu chuẩn,
hiệu suất và giá cả.
Hiệu suất là tỉ số của năng lượng điện từ ánh sáng mặt trời. Vào buổi trưa một ngày
trời trong, ánh mặt trời tỏa nhiệt khoảng 1000 W/m². trong đó 10% hiệu suất của 1
module 1 m² cung cấp năng lượng khoảng 100 W. hiệu suất của pin mặt trời thay
đổi từ 6% từ pin mặt trời làm từ silic không thù hình, và có thể lên đến 30% hay
cao hơn nữa, sử dụng pin có nhiều mối nối nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
Có nhiều cách để nói đến giá cả của hệ thống tạo điện, là tính toán cụ thể trên từng
kilo Watt giờ (kWh). Hiệu suất của pin mặt trời kết hợp với sự bức xạ là 1 yếu tố
quyết định trong giá thành. Nói chung hiệu suất của toàn hệ thống là tầm quan
trọng của nó. Để tạo nên ứng dụng thực sự của pin tích hợp năng lượng, điện năng

tạo nên nối với mạng lưới điện sử dụng inverter; trong các phương tiện di chuyển,
hệ thống ắc quy sử dụng để lưu trữ nguồn năng lượng không sử dụng hiện tại. Các
pin năng lượng thương mại và hệ thống công nghệ có hiệu suất từ 5% đến 15%.
Giá của điện từ 50 Eurocent/kWh (Trung Âu) xuống tới 25 eurocent/kWh trong
vùng có ánh mặt trời nhiều.
Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là
các silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại:

22

22


* Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski.
Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16%. Chúng thường rất mắc tiền do được cắt
từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối các module.
* Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc-đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội
và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém
hơn. Tuy nhiên chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn
đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nó.
* Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nóng chảy và có cấu trúc đa tinh
thể, Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các
loại vì không cần phải cắt từ thỏi silicon.
Công nghệ trên là sản suất tấm, nói cách khác, các lọai trên có độ dày 300 μm tạo
thành và xếp lại để tạo nên module.
Sự chuyển đổi ánh sáng
Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra:
1. Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi năng
lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng
lượng cao hơn.

2. Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi
năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng
cao hơn.
Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt electron
trong màng tinh thể. Thông thường các electron này lớp ngoài cùng, và thường
được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa. Khi
electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di
chuyển trong bán dẫn. Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đó gọi là "lỗ trống".
Lỗ trống này tạo điều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến
điền vào "lỗ trống", và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có "lỗ trống".
Cứ tiếp tục như vậy "lỗ trống" di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn.
Một photon chỉ cần có năng lượng lớn hơn năng luợng đủ để kích thích electron
lớp ngoài cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương
6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic. Tuy
nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là
năng lượng điện sử dụng được.

23

23


1. Kể ra một số dụng cụ chạy bằng pin mặt trời mà em biết, mô tả hình dạng bên
ngoài và cách hoạt động của pin mặt trời?
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
2. Hãy so sánh cách dùng năng lượng mặt trời tạo ra điện có ưu điểm gì hơn so với
dùng các dạng năng lượng khác để tạo ra điện?
……………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………
….
KẾT QUẢ CẦN ĐẠT CỦA TRẠM 4
1. - Pin mặt trời còn gọi là pin quang điện, là một nguồn điện có thể phát điện khi
có ánh sáng chiếu vào nó. Trong pin có sự biến đổi trực tiếp của năng lượng ánh
sáng thành năng lượng điện. Tác dụng của ánh sáng lên pin quang điện gọi là tác
dụng quang điện.
- Pin quang điện dùng để chạy đồng hồ điện tử, máy tính cầm tay,…Đặc biệt, tàu
vũ trụ trong không gian Vũ trụ nhờ có pin quang điện cung cấp điện để chúng hoạt
động. Hiện nay, nhiều nhà sản xuất xe ôtô đang đẩy mạnh việc nghiên cứu để sản
xuất các ôtô chạy bằng năng lượng Mặt Trời.
2. Những ưu điểm mà năng lượng mặt trời đem lại.
24

24


- Đây là nguồn năng lượng sạch, do đó không tác động tiêu cực đến môi trường.
- Nguồn năng lượng khổng lồ, hoàn toàn miễn phí, do đó giúp tiết kiệm tiền hàng
tháng cho gia đình.
- Sử dụng nhiều năng lượng mặt trời sẽ giảm áp lực đến các nguồn năng lượng
khác từ đó đảm bảo an ninh năng lượng bền vững.
3. Kết luận:
- Pin mặt trời còn gọi là pin quang điện, vì trong pin có sự biến đổi trực tiếp năng
lượng ánh sáng thành điện năng.
- Tác dụng của ánh sáng lên pin quang điện gọi là tác dụng quang điện.
TỔNG KẾT HOẠT ĐỘNG HỌC TẬP
- Tổng kết, thống nhất các kết quả cần đạt được của các trạm.
- Thông tin thêm về các tác dụng của ánh sáng.
7. Kiểm tra đánh giá kết quả học tập

Sử dụng phiếu kiểm tra năng lực theo khung đánh giá PISA (thời gian 5 phút)
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM
Năng lượng mặt trời ở Việt Nam có tiềm năng to lớn về khai thác và ứng dụng.
Việt Nam có lợi thế là nước nằm trong giải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều nhất
trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới. Theo giáo sư, tiến sĩ khoa học
Nguyễn Tiến Khiêm, nguyên Viện trưởng Viện Cơ học, Viện Khoa học Công nghệ
Việt Nam, trong tất cả các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mặt trời là phong
phú và ít biến đổi nhất trong thời kỳ biến đổi khí hậu hiện nay.
Ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam hiện cũng rất phong phú với đa dạng
sản phẩm như: Máy nước nóng, điện mặt trời, đèn, .... Tuy nhiên, hiện nhu cầu sử
dụng năng lượng mặt trời còn rất nhiều. Với bờ biển dài hơn 3000km, có hàng
nghìn đảo hiện có cư dân sinh sống nhưng nhiều nơi không thể đưa điện lưới đến
được.
Vì vậy, ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam như một nguồn năng lượng tại
chỗ để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu của các
vùng dân cư này là một kế sách có ý nghĩa về mặt kinh tế, an ninh quốc phòng.

25

25