Lý thuyết và bài tập về hiện tượng quang điện trong. Sự phát quang

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (374.65 KB, 8 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

Tuyensinh247.com 1
I. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIÊN TRONG

1. Hiệu ứng quang điện bên trong

a. Định nghĩa. Hiệu ứng quang điện bên trong là hiện tượng khi chất bán dẫn được chiếu
bằng một chùm ánh sáng thích hợp thì các electron liên kết bị bứt ra khỏi liên kết giữa các
nút mạng bán dẫn, trở thành các electron dẫn, tự do di chuyển trong khối bán dẫn đó

(electron tự do). Ngoài ra, mỗi electron bị bứt ra lại “giải phóng” một “lỗ trống” mang điện
dương. Các lỗ trống này cũng có thể chuyển động tự do từ nguyên tử này sang nguyên tử
khác và cũng tham gia vào quá trình dẫn điện, làm chất bán dẫn bị chiếu sáng sẽ trở thành
dẫn điện tốt.

b. So sánh hiện tượng quang điện bên trong và hiện tượng quang điện bên ngoài.

Trong hiện tượng quang điện, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào kim loại thì electron sẽ
bị bật ra khỏi kim loại. Vì vậy, hiện tượng quang điện cịn gọi là hiện tượng quang điện
ngoài.

Như vậy hiệu ứng quang điện bên trong và hiệu ứng quang điện bên ngồi giống nhau ở
chỗ các phơtơn ánh sáng đều làm bứt các electron nhưng khác nhau ở chỗ: hiệu ứng quang
điện ngoài bứt các electron ra ngoài khối chất (kim loại), còn hiệu ứng quang điện bên trong
chỉ bứt electron ra khỏi liên kết để trở thành electron dẫn ngày trong khối chất đó.

Ngồi ra, cả hai hiệu ứng cịn giống nhau ở chỗ: ánh sáng kích thích phải có bước sóng
thích hợp, nghĩa là đều có bước sóng giới hạn 0 nhưng lại khác nhau là: năng lượng cần để
bứt electron ra khỏi liên kết trong bán dẫn thường là khá nhỏ so với cơng thốt electron ra
khỏi kim loại (công A), nên giới hạn quang điện 0 của hiệu ứng quang điện bên trong có thể
nằm trong vùng hồng ngoại.

2. Quang trở

a. Khái niệm quang trở

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Tuyensinh247.com 2

- Hiện tượng khối bán dẫn trở nên dẫn điện tốt hơn (tức điện trở của khối bán dẫn giảm đi)
khi bị chiếu sáng gọi hiện tượng quang dẫn. Nó được ứng dụng để tạo ra các điện trở thay
đổi được trị số nhờ biến thiên cường độ chùm sáng chiếu vào gọi là các quang trở.

- Cấu tạo quang trở đơn giản, chỉ gồm các lớp bán dẫn mỏng (1) (Cadimisunfua CdS chẳng
hạn) phủ lên một lớp nhựa cách điện (2). Hai đầu lớp bán dẫn được gắn với hai điện cực (3)
và (4) bằng kim loại để nối ra ngoài.

b. Hoạt động: Nối một nguồn khoảng vài vôn với quang trở thông qua một miliampe kế. Ta
thấy, khi đặt quang trở trong tối mạch khơng có dịng điện. Khi chiếu quang trở bằng ánh
sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang dẫn của quang điện thì trong mạch sẽ xuất hiện
dịng điện. Điện trở của quang trở giảm đi rất mạnh khi bị chiếu sáng bởi ánh sáng nói trên.
Quang trở được dùng thay thế cho tế bào quang điện trong các mạch điều khiển tự động.

c. Pin quang điện

a. Định nghĩa: Pin quang điện là một nguồn điện trong đó quang năng được biến đổi trực
tiếp thành điện năng. Pin hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện bên trong xảy ra trong
một chất bán dẫn.

b. Cấu tạo: Xét một pin quang dẫn đơn giản: pin đồng oxit. Pin có một điện cực bằng đồng
trên đó phủ một lớp đồng (I) oxit Cu2O. Người ta phun một lớp kim loại rất mỏng lên trên
mặt của lớp Cu2O để làm điện cực thứ hai. Nó mỏng tới mức cho ánh sáng truyền qua được.
Ở chỗ tiếp xúc giữa Cu2O và Cu hình thành một lớp tác dụng đặc biệt: nó chỉ cho phép

electron chạy qua nó theo chiều từ Cu2O sang Cu.

c. Hoạt động: Khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào mặt lớp Cu2O thì ánh sáng sẽ
giải phóng các electron liên kết trong Cu2O thành electron dẫn. Một phần các electron này

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Tuyensinh247.com 3

Giữa hai điện cực của pin hình thành một suất điện động. Nếu nối hai cực với nhau bằng một
dây dẫn thơng qua một điện kế, ta sẽ có với nhau bằng một dây dẫn thông qua một điện kế,
ta sẽ thấy có dịng diện chạy trong mạch theo chiều từ Cu2O sang Cu. Các pin mặt trời dùng
trong các máy tính bỏ túi, trên các vệ tinh nhân tạo… đều dùng pin quang điện.

II. SỰ PHÁT QUANG

1. Quang phát quang là: Hiện tượng một số chất có khả năng hấp thụ ánh sáng có bước
sóng này (kt bước sóng kích thích) để rồi phát ra ánh sáng có bước sóng khác thuộc vùng
khả kiến (phát bước sóng phát ra) được gọi là sự phát quang.

VD: Chất bột bên trong đèn ống; lớp sơn ở cọc tiêu đèn đường; áo của công an hay công
nhân vệ sinh đường sử dụng khi trời tối; dung dịch fluorexêin khi bị chiếu tia tử ngoại; công
tắc điện, các vùng chứng thật trên tiền giấy….là hiện tượng quang phát

quang.

2. Có một số chất khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó và

phát ra các bức xạ điện từ trong miền ánh sáng nhìn thấy. Các hiện
tượng đó được gọi chung là sự phát quang.

VD: Hóa phát quang (đom đóm, nấm sáng, san hơ sáng...), điện phát

quang (đèn LEP), Catot phát quang (màn hình máy tính, tivi...)

3. Sự phát quang có khác biệt với các hiện tượng phát ánh sáng khác, hai đặc điểm quan

trọng:

Một là, mỗi chất phát quang có một quang phổ đặc trưng cho chất.

Hai là, sau khi ngừng kích thích, sự phát quang của một số chất còn tiếp tục kéo dài thêm
một khoảng thời gian nào đó, rồi mới ngừng hẳn.

4. Phân biệt sự huỳnh quang và lân quang:

* giống nhau: Đều là sự phát quang.
* khác nhau:

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

Tuyensinh247.com 4

- Huỳnh quang là hiện tượng mà ánh sáng
phát quang tắt ngay khi ngừng ánh sáng
kích thích. Nó thường xảy ra với chất lỏng
và chất khí.

- Thời gian pht quang nhỏ hơn 10-8s.

- Lân quang là hiện tượng mà ánh sáng phát
quang cònkéo dài từ vài phần giây, đến hàng
giờ (tuỳ theo chất) sau khi tắt ánh sáng kích
thích. Nó thường xảy ra với các chất rắn.
- Thời gian phát quang lớn hơn 10-6s

- Các loại sơn biển báo giao thơng có thời
gian sáng kéo dài vài phần mười giây nên là
những chất lân quang

5. Giải thích đặc điểm của sự phát quang bằng thuyết lượng tự ánh sáng

Khi phân tử fluôrexêin, hấp thụ một phôtôn tia tử ngoại có năng lượng hf thì nó chuyển
sang trạng thái kích thích. Thời gian của trạng thái kích thích rất ngắn và trong thời gian này
nó va chạm với các phân tử xung quanh, mất bớt năng lượng nhận được. Vì thế, khi trở về
trạng thái ban đầu, nó bức xạ phơtơn có năng lượng hfphát nhỏ hơn:

h.fkích thích > h.fphát hay
hc
kt

> hc
phát

phát > kích thích.

Như vậy, phát quang là hiện tượng trong đó xảy ra sự hấp thụ ánh sáng, năng lượng photon
bị hấp thụ là:

 = hc
kt

- hc
phát

= hfkt - hfphát

Chú ý: Trong hiện tượng quang phát quang, ánh sáng phát quang có bước sóng lớn hơn
bước sóng của ánh sáng kích thích (phát > kích thích) nên tia hồng ngoại khơng thể gây ra hiện
tượng phát quang (tia hồng ngoại chỉ có thể kích thích chất phát quang phát ra những bức xạ
ta khơng thể nhìn thấy nên khơng coi đó là hiện tượng phát quang).

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Tuyensinh247.com 5

H = .100%

_
_
thich
kich
quang
phat
P
P

= .100%

.
_
_
_
_
thich
kich
thich
kich

auang
phat
quang
phat
hc
N
hc
N



= .100%

.
.
_
_
_
_
auang
phat
thich
kich
thich
kich
quang
phat
N
N




Trong đó: Nphát quang và Nkích thích là số photon phát quang và số photon kích thích trong 1s.

hc
P

hc
P
P

N phat quang phat quang

quang
phat
quang
phat
quang
phat
quang
phat
quang
phat
_
_
_
_
_
_
_



  

hc
P
hc
P
P

N kich thich kich thich

thich
kich
thich
kich
thich
kich
thich
kich
thich
kich
_
_
_
_
_
_
_



  

Câu hỏi:

- Thế nào là sự phát quang. Phân biệt huỳnh quang và lân quang. Giải thích các đặc 
điểm của sự phát quang bằng thuyết lượng tử ánh sáng.

- Thế nào là hiện tượng quang hoá? Nêu một số phản ứng quang hoá đơn giản. Hiện 
tượng quang hố có thể hiện tính chất hạt của ánh sáng không? Tại sao?

1. Sự phát quang

a. Thế nào là sự phát quang: Sự phát quang là hiện tượng phát ánh sáng lạnh của một số
vật khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

Đặc điểm nổi bật của sự phát quang là bước sóng  của ánh sáng phát quang dài hơn bước
sóng  của ánh sáng kích thích.

Ví dụ: Khi chiếu sáng tia tử ngoại vào dung dịch fluôrexêin hoặc vào bột kẽm sunfua có pha
đồng thì chúng đều phát ra ánh sáng màu lục.

b. Phân biệt huỳnh quang và lân quang

- Huỳnh quang là hiện tượng mà ánh sáng phát quang tắt ngay khi ngừng ánh sáng kích
thích. Nó thường xảy ra với chất lỏng và chất khí.

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Tuyensinh247.com 6
c. Giải thích đặc điểm của sự phát quang bằng thuyết lượng tự ánh sáng

- Khi phân tử fluôrexêin, hấp thụ một phơtơn tia tử ngoại có năng lượng hf thì nó chuyển
sang trạng thái kích thích. Thời gian của trạng thái kích thích rất ngắn và trong thời gian này
nó va chạm với các phân tử xung quanh, mất bớt năng lượng nhận được. Vì thế, khi trở về
trạng thái ban đầu, nó bức xạ phơtơn có năng lượng hf’ nhỏ hơn:

hf’ < hfhay hc
’ < h

 ’ > 

Như vậy, phát quang là hiện tượng trong đó xảy ra sự hấp thụ.

2. Hiện tượng quang hoá

a. Thế nào là hiện tượng quang hoá

Hiện tượng quang hoá là hiện tượng các phản ứng hoá học xảy ra dưới dạng tác dụng của
ánh sáng. Năng lượng cần thiết để phản ứng xảy ra là năng lượng của phơtơn có tần số thích
hợp.

b. Một số phản ứng quang hoá đơn giản

Dưới tác dụng của ánh sáng có thể xảy ra:
- Phản ứng phân tích: 2AgBr+hf 2Ag +Br2
Đây là cơ sở của kỹ thuật làm ảnh cổ điển.
- Phản ứng tổng hợp: H2 + Cl2 +hf  2HCl

- Phản ứng trong quá trình quang hợp: 2CO2 +hf 2CO+O2

c. Hiện tượng quang hoá thể hiện tính hạt nhân của ánh sáng

Nếu ánh sáng biểu hiện tính sóng thì năng lượng có nhường cho phân tử phụ thuộc bêin độ
sóng, tức cường độ chùm sáng, chứ khơng phụ thuộc bước sóng. Thực te, khơng phải nó đủ
lớn mới khiến phản ứng quang hố xảy ra. Vì vậy, hiện tượng quang hố chính là một
trường hợp, trong đó tính hạt của ánh sáng được thể hiện rõ.

III. BÀI TẬP

Câu 1: Một chất có khả năng phát ra bức xạ có bước sóng 0,5µm khi bị chiếu sáng bởi bức

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Tuyensinh247.com 7

A. 2,65.10-19J B. 26,5.10-19 J C. 2,65.10-18J D. 265.10-19 J

Câu 2: Một chất có khả năng phát ra bức xạ có bước sóng 0,5µm khi bị chiếu sáng bởi bức

xạ 0,3µm. Biết rằng cơng suất của chùm sáng phát quang chỉ bằng 0,1 cơng suất của chùm
sáng kích thích. Hãy tính tỷ lệ giữa số photon bật ra và số photon chiếu tới.

A. 0,667 B. 0,001667 C. 0,1667 D. 6

Câu 3: Một chất có khả năng phát ra bức xạ có bước sóng 0,5µm khi bị chiếu sáng bởi bức

xạ 0,3µm. Gọi P0 là cơng suất chùm sáng kích thích và biết rằng cứ 600 photon chiếu tới sẽ
có 1 photon bật ra. Công suất chùm sáng phát ra P theo P0.

A. 0,1 P0 B. 0,01P0 C. 0,001P0 D. 100P0

Câu 4: Chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,30μm vào một chất thì thấy chất đó phát ra

ánh sáng có bước sóng 0,50μm. Cho rằng cơng suất của chùm sáng phát quang chỉ bằng
1,5% công suất của chùm sáng kích thích. Hãy tính xem trung bình mỗi phơtơn ánh sáng
phát quang ứng với bao nhiêu phôtôn ánh sáng kích thích.

A. 60. B. 40. C. 120. D. 80.

Câu 5: Một chất có khả năng phát ra bức xạ có bước sóng 0,5µm khi bị chiếu sáng bởi bức

xạ 0,3µm. Biết rằng công suất của chùm sáng phát quang chỉ bằng 0,01 cơng suất của chùm
sáng kích thích và cơng suất chùm sáng kích thích là 1W. Hãy tính số photon mà chất đó
phát ra trong 10s.

A. 2,516.1017 B. 2,516.1015 C. 1,51.1019 D. 1,546.1015.

Câu 6: Nguồn sáng X có cơng suất P1 phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 1 = 400nm.
Nguồn sáng Y có cơng suất P2 phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 2 = 600nm. Trong
cùng một khoảng thời gian, tỉ số giữa số phôtôn mà nguồn sáng X phát ra so với số phôtôn
mà nguồn sáng Y phát ra là 5/4. Tỉ số P1/P2 bằng:

A. 8/15 B. 6/5 C. 5/6 D. 15/8

Câu 7: Một chất phát quang được kích thích bằng ánh sáng có bước sóng 0,26 μm thì phát ra

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

Tuyensinh247.com 8

sáng kích thích trong cùng một khoảng thời gian là:

A. 2/5 B. 4/5 C. 1/5 D. 1/10

Câu 8: Chất lỏng fluorexein hấp thụ ánh sáng kích thích có bước sóng λ = 0,48μm và phát ra

ánh sáng có bước sóng λ’ = 0,64μm. Biết hiệu suất của sự phát quang này là 50%, số phơtơn
của ánh sánh kích thích chiếu đến trong 1s là 2011.109

( hạt ). Số phôtôn của chùm sáng phát
quang phát ra trong 1s là:

A. 2,4132.1012 B. 1,34.1012 C. 2,4108.1011 D. 1,356.1011

Câu 9: Dung dịch Fluorêxêin hấp thụ ánh sáng có bước sóng 0,49µm và phát ra ánh sáng có

bước sóng 0,52µm, người ta gọi hiệu suất của sự phát quang là tỉ số giữa năng lượng ánh
sáng phát quang và năng lượng ánh sáng hấp thụ. Biết hiệu suất của sự phát quang của dung
dịch Fluorêxêin là 75%. Số phần trăm của phôtôn bị hấp thụ đã dẫn đến sự phát quang của
dung dịch là:

A. 82,7% B. 79,6% C. 75,0% D. 66,8%

Câu 10: Sự phát sáng của nguồn nào dưới đây không là sự phát quang?

A. Đèn ống B. Ánh trăng C. Đèn LED D. Con đom đóm

Câu 11: Chọn câu đúng.

A. Tia hồng ngoại chỉ có thể gây ra hiện tượng phát quang với một số chất khí.
B. Bước sóng của ánh sáng lân quang nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng kính thích.
C. Ánh sáng lân quang tắt ngay sau khi tắt nguồn sáng kích thích.

D. Phát quang là hiện tượng trong đó xảy ra sự hấp thụ ánh sáng

Câu 12: Một chất phát quang có khả năng phát ra ánh sáng màu vàng lục khi được kích

thích phát sáng. Hỏi khi chiếu vào chất đó ánh sáng đơn sắc nào dưới đây thì chất đó sẽ phát
quang?

A. Đỏ B. Lục C. Vàng D. Da cam

Câu 13: Ánh sáng phát quang của một chất có tần số 6.1014 Hz. Hỏi những bức xạ có tần số
nào dưới đây có thể gây ra sự phát quang cho chất đó?

</div>

Lý thuyết và bài tập về hiện tượng quang điện trong. Sự phát quang

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về