Các dạng bài tập Dòng điên trong chất khí, chân không, chất bán dẫn và cách giải

Với Các dạng bài tập Dòng điên trong chất khí, chân không, chất bán dẫn và cách giải sẽ giúp học sinh nắm vững lý thuyết, biết cách làm bài tập từ đó có kế hoạch ôn tập hiệu quả để đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật lí 11.

I. Lý thuyết

1. Dòng điện trong chất khí

a. Chất khi là môi trường cách điện

Trong điều kiện thường chất khí không dẫn điện bởi các phân tử khí đều nằm trong trạng thái trung hòa về điện. Do đó, trong chất khí không có hạt tải điện hay chất khí là điện môi.

b. Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường

- Trong chất khí cũng có nhưng rất ít các hạt tải điện.

- Khi dùng ngọn đèn ga để đốt nóng chất khí hoặc chiếu vào chất khí chùm bức xạ tử ngoại thì trong chất khí xuất hiện các hạt tải điện. Khi đó chất khí có khả năng dẫn điện.

c. Bản chất dòng điện trong chất khí

- Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương (+) theo chiều điện trường và các ion âm (−), các êlectron sẽ chuyển động ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hóa sinh ra.

- Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí xảy ra khi ta phải dùng các tác nhân ion hóa từ bên ngoài (ngọn lửa ga (nhiệt độ cao), tỉa tử ngoại của đèn thủy ngân…) để tạo ra hạt tải điện trong chất khí.

- Khi dùng nguồn điện áp lớn để tạo ra sự phóng điện qua chất khí, ta thấy có hiện tượng nhân số hạt tải điện.

d. Ứng dụng của dòng điện trong chất khí

- Quá trình phóng điện tự lực trong chất khí là quá trình phóng điện vẫn tiếp tục giữ được khi không còn tác nhân ion hóa tác động từ bên ngoài.

- Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực hình thành trong chất khí khi có điện trường đủ mạnh để làm ion hóa chất khí. Tia lửa điện được ứng dụng trong động cơ xăng để đốt xilanh, cụ thể là đối hỗn hợp xăng và không khí.

- Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực hình thành khi dòng điện qua chất khí có thể giữ được nhiệt độ cao của catôt để nó phát được eletron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử. Hồ quang điện rất hữu ích khi sử dụng trong quá trình luyện thép, hàn điện, nấu chảy vật liệu, làm đèn chiếu sáng,…

2. Dòng điện trong chân không

a. Bản chất dòng điện trong chân không

- Chân không chỉ dẫn điện nếu ta đưa các electron vào trong đó.

- Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron.

b. Tia catot

- Tia Catôt là một dòng các electron phát ra từ ca tôt, có năng lượng lớn và bay tự do trong không gian, được sinh ra khi phóng điện qua chất khí ở áp suất thấp. Nó cũng có thể được tạo ra bằng một súng eelectron.

- Tia Ca tôt có khả năng làm huỳnh quang các chất và bị làm lệch bằng điện trường và từ tường. Nó được dung trong đèn hình và ống phóng điện tử.

- Diot chân không với catôt nóng đỏ có tính chỉnh lưu.

- Ứng dụng của dòng điện trong chân không

+ Làm ống phóng điện tử và đèn hình, đây là ứng dụng phổ biến nhất.

+ Sản xuất đèn chân không

+ Chuẩn đoạn bệnh trong y học (tia X)

3. Dòng điện trong chất bán dẫn

a. Chất bán dẫn và tính chất

- Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất cách điện và chất dẫn điện. Chất bán dẫn hoạt động như chất cách điện ở nhiệt độ thấp và hoạt động như một chất dẫn điện ở nhiệt độ cao.

- Nhóm vật liệu bán dẫn tiêu biểu là silic và gecmani.

- Những biểu hiện quan trọng đầu tiên của chất bán dẫn:

+ Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn. Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.

+ Điện trở suất của chất bán dẫn giảm rất mạnh khi pha một ít tạp chất.

+ Điện trở của bán dẫn giảm đáng kể khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.

+ Điện trở suất của kim loại và bán dẫn tinh khiết phụ thuộc khác nhau vào nhiệt độ.

b.  Hạt tải điện trong chất bán dẫn. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p

- Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện là electron và lỗ trống.

- Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường.

* Tạp chất cho (đôno) và tạp chất nhận (axepto)

- Khi pha tạp chất là những nguyên tố có năm electron hóa trị vào trong tinh thể silic thì mỗi nguyên tử tạp chất này cho tinh thể một electron dẫn. Ta gọi chúng là tạp chất cho hay đôno. Bán dẫn có pha đôno là bán dẫn loại n, hạt tải điện chủ yếu là electron.

- Khi pha tạp chất là những nguyên tố có ba electron hóa trị vào trong tinh thể silic thì mỗi nguyên tử tạp chất này nhận một electron liên kết và sinh ra một lỗ trống nên được gọi là tạp chất nhận hay axepto. Bán dẫn có pha axepto là bán dẫn loại p, hạt tải điện chủ yếu là các lỗ trống.

c. Lớp chuyển tiếp p – n

Lớp chuyển tiếp p – n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn.

* Lớp nghèo

Tại lớp chuyển tiếp p – n: electron tự do và lỗ trống trà trộn vào nhau.

- Khi electron gặp lỗ trống (nơi liên kết thiếu electron), nó sẽ nối lại liên kết và một cặp electron – lỗ trống sẽ biến mất.

- Ở lớp chuyển tiếp p – n sẽ hình thành một lớp không có hạt tải điện được gọi là lớp nghèo.

- Ở lớp chuyển tiếp p – n: về phía bán dẫn n có các ion đôno tích điện dương, về phía bán dẫn p có các ion axepto tích điện âm.

- Điện trở của lớp nghèo rất lớn.

* Dòng điện chạy qua lớp nghèo

- Nếu đặt một điện trường có chiều hướng từ bán dẫn p sang bán dẫn n thì:

     + Lỗ trống trong bán dẫn p sẽ chạy theo cùng chiều điện trường vào lớp nghèo.

     + Electron trong bán dẫn n sẽ chạy ngược chiều điện trường vào lớp nghèo

- Quy ước:

     + Chiều dòng điện qua lớp nghèo từ p sang n (chiều thuận).

     + Chiều dòng điện không qua lớp nghèo từ p sang n (chiều ngược).

* Hiện tượng phun hạt tải điện

- Khi dòng điện đi qua lớp chuyển tiếp p –n theo chiều thuận, các hạt tải điện đi vào lớp nghèo có thể đi tiếp sang miền đối diện. Ta nói có hiện tượng phun hạt tải điện từ miền này sang miền khác.

- Các hạt tải điện không thể đi xa quá 0,1 mm vì cả hai miền p và n lúc này đều có electron và lỗ trống nên chúng dễ gặp nhau và biến mất từng cặp.

d. Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn

- Khi có được hai chất bán dẫn loại p và n, nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp p – n ta được một điôt bán dẫn.

- Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn n khuếch tán sang vùng bán dẫn p để lấp vào các lỗ trống tạo thành lớp ion trung hòa điện, lớp này là miền cách điện.

- Nhận biết một số điôt bán dẫn:

e. Tranzito lưỡng cực n – p –n. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

* Hiệu ứng tranzito

- Xét tinh thể bán dẫn n₁ – p – n₂, các điện cực B, C, E.

Mật độ electron ở n₂ >> mật độ lỗ trống ở p.

U_BE điện áp thuận, U_CE lớn (10V)

    + Khi miền p rất dày, n₁ và n₂ cách xa nhau:

• Lớp n₁ – p phân cực ngược, R_CB lớn.

• Lớp p – n₂ phân cực thuận, electron phun từ n₂ sang p, không tới được lớp p – n₁; không ảnh hưởng tới R_CB.

- Khi miền p rất mỏng, n₁ và n₂ rất gần nhau:

Electron từ n₂ phun vào p và lan sang n1 làm cho R_CB giảm đáng kể.

⇒ Hiệu ứng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở R_CB gọi là hiệu ứng tranzito

* Tranziro lưỡng cực n – n

- Tinh thể bán dẫn được pha tạp để tạo ra một miền p rất mỏng kẹp giữa hai miền n1 và n2 gọi là tranzito lưỡng cực n – p – n.

- Tranzito có ba cực:

     + Cực góp hay colectơ, kí hiệu là C.

     + Cực đáy hay cực gốc hoặc bazơ, kí hiệu là B.

     + Cực phát hay emitơ, kí hiệu là E.

a - Mô hình

b - Cấu trúc thực

c – Kí hiệu của tranzito n – p - n

- Ứng dụng: lắp mạch khuếch đại và khóa điện tử

II. Các dạng bài tập

Dạng 1. Dòng điện trong chất khí

1. Phương pháp

Vận dụng lí thuyết để giải các bài tập liên quan

2. Bài tập minh họa

Câu 1. Bản chất dòng điện trong chất khí là:

A. Dòng chuyển dời có hướng của các iôn dương theo chiều điện trường và các iôn âm, electron ngược chiều điện trường.

B. Dòng chuyển dời có hướng của các iôn dương theo chiều điện trường và các iôn âm ngược chiều điện trường.

C. Dòng chuyển dời có hướng của các iôn dương theo chiều điện trường và các electron ngược chiều điện trường.

D. Dòng chuyển dời có hướng của các electron theo ngược chiều điện trường. Hướng dẫn giải:

Hướng dẫn giải:

- Bản chất dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các iôn dương theo chiều điện trường và các iôn âm, electron ngược chiều điện trường.

- Bản chất dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các iôn dương theo chiều điện trường và các iôn âm ngược chiều điện trường.

- Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron theo ngược chiều điện trường.

Chọn đáp án A

Câu 2. Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Hạt tải điện trong chất khí chỉ có các các iôn dương và ion âm.

B. Dòng điện trong chất khí tuân theo định luật Ôm.

C. Hạt tải điện cơ bản trong chất khí là electron, ion dương và ion âm.

D. Cường độ dòng điện trong chất khí ở áp suất bình thường tỉ lệ thuận với hiệu điện thế.

Hướng dẫn giải: 

Hạt tải điện cơ bản trong chất khí là electron, iôn dương và iôn âm

Chọn đáp án C

Câu 3. Khi tạo ra hồ quang điện, ban đầu ta cần phải cho hai đầu thanh than chạm vào nhau để

A. Tạo ra cường độ điện trường rất lớn.

B. Tăng tính dẫn điện ở chỗ tiếp xúc của hai thanh than.

C. Làm giảm điện trở ở chỗ tiếp xúc của hai thanh than đi rất nhỏ.

D. Làm tăng nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc của hai thanh than lên rất lớn.

Hướng dẫn giải: 

Khi chập hai thỏi than với nhau, nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc rất lớn để tạo ra các hạt tải điện trong vùng không khí xung quanh hai đầu thỏi than.

Chọn đáp án D

Dạng 2. Dòng điện trong chân không

1. Phương pháp

Vận dụng lí thuyết để giải các bài tập liên quan

2. Bài tập minh họa

Câu 1. Câu nào dưới đây nói về chân không vật lý là không đúng?

A. Chân không vật lý là một môi trường trong đó không có bất kỳ phân tử khí nào.

B. Chân không vật lý là một môi trường trong đó các hạt chuyển động không bị va chạm với các hạt khác.

C. Có thể coi bên trong một bình là chân không nếu áp suất trong bình ở dưới khoảng 0,0001mmHg.

D. Chân không vật lý là một môi trường không chứa sẵn các hạt tải điện nên bình thường nó không dẫn điện.

Hướng dẫn giải: 

Có thể nói:

- Chân không vật lý là một môi trường trong đó không có bất kỳ phân tử khí nào

- Chân không vật lý là một môi trường trong đó các hạt chuyển động không bị va chạm với các hạt khác

- Có thể coi bên trong một bình là chân không nếu áp suất trong bình ở dưới khoảng 0,0001mmHg

Chọn đáp án D

Câu 2. Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Tia catốt có khả năng đâm xuyên qua các lá kim loại mỏng.

B. Tia catốt không bị lệch trong điện trường và từ trường.

C. Tia catốt có mang năng lượng.

D. Tia catốt phát ra vuông góc với mặt catốt.

Hướng dẫn giải: Tia catốt bị lệch trong điện trường và từ trường.

Chọn đáp án B

Câu 3. Cường độ dòng điện bão hoà trong chân không tăng khi nhiệt độ catôt tăng là do:

A. Số hạt tải điện do bị iôn hoá tăng lên.

B. Sức cản của môi trường lên các hạt tải điện giảm đi.

C. Số electron bật ra khỏi catốt nhiều hơn.

D. Số eletron bật ra khỏi catốt trong một giây tăng lên. 

Hướng dẫn giải: Cường độ dòng điện bão hoà trong chân không tăng khi nhiệt độ của catôt tăng là do số eletron bật ra khỏi catốt trong một giây tăng lên.

Chọn đáp án D

Dạng 3. Dòng điện trong chất bán dẫn

1. Phương pháp

Vận dụng lí thuyết để giải các bài tập liên quan

2. Bài tập minh họa

Câu 1. Câu nào dưới đây nói về phân loại chất bán dẫn là không đúng?

A. Bán dẫn hoàn toàn tinh khiết là bán dẫn trong đó mật độ electron bằng mật độ lỗ trống.

B. Bán dẫn tạp chất là bán dẫn trong đó các hạt tải điện chủ yếu được tạo bởi các nguyên tử tạp chất.

C. Bán dẫn loại n là bán dẫn trong đó mật độ lỗ trống lớn hơn rất nhiều mật độ electron.

D. Bán dẫn loại p là bán dẫn trong đó mật độ electron tự do nhỏ hơn rất nhiều mật độ lỗ trống.

Hướng dẫn giải: Bán dẫn loại n là bán dẫn trong đó mật độ lỗ trống NHỎ hơn rất nhiều mật độ electron 

Chọn đáp án C

Câu 2. Hiệu điện thế của lớp tiếp xúc p-n có tác dụng:

A. Tăng cường sự khuếch tán của các hạt cơ bản.

B. Tăng cường sự khuếch tán các lỗ trống từ bán dẫn p sang bán dẫn n.

C. Tăng cường sự khuếch tán các electron từ bán dẫn n sang bán dẫn p.

D. Tăng cường sự khuếch tán các electron từ bán dẫn p sang bán dẫn n. 

Hướng dẫn giải: Hiệu điện thế của lớp tiếp xúc p-n có tác dụng tăng cường sự khuếch tán của các electron từ bán dẫn p sang bán dẫn n

Chọn đáp án D

Câu 3. Chọn phát biểu đúng.

A. Chất bán dẫn loại n nhiễm điện âm do số hạt electron tự do nhiều hơn các lỗ trống.

B. Khi nhiệt độ càng cao thì chất bán dẫn nhiễm điện càng lớn.

C. Khi mắc phân cực ngược vào lớp tiếp xác p-n thì điện trường ngoài có tác dụng tăng cường sự khuếch tán của các hạt cơ bản.

D. Dòng điện thuận qua lớp tiếp xúc p - n là dòng khuếch tán của các hạt cơ bản.

Hướng dẫn giải: Dòng điện thuận qua lớp tiếp xúc p - n là dòng khuếch tán của các hạt cơ bản.

Chọn đáp án D

III. Bài tập tự luyện

Câu 1. Dòng điện trong môi trường nào dưới đây là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương, ion âm và êlectron?

A. chất bán dẫn.    

B. chất điện phân.

C. chất khí.

D. kim loại.

Đáp án C

Câu 2. Quá trình dẫn điện nào dưới đây của chất khí là quá trình dẫn điện không tự lực?

A. Quá trình dẫn điện của chất khí khi không có tác nhân ion hoá.

B. Quá trình dẫn điện của chất khí đặt trong điện trường mạnh.

C. Quá trình dẫn điện của chất khí trong đèn ống.

D. Quá trình dẫn điện của chất khí nhờ tác nhân ion hoá.

Đáp án D

Câu 3. Khi đốt nóng chất khí, nó trở lên dẫn điện vì

A. vận tốc giữa các phân tử chất khí tăng.

B. khoảng cách giữa các phân tử chất khí tăng.

C. các phân tử chất khí bị ion hóa thành các hạt mang điện tự do.

D. chất khí chuyển động thành dòng có hướng.

Đáp án C

Câu 4. Không khí ở điều kiện bình thường không dẫn điện vì

A. các phân tử chất khí không thể chuyển động thành dòng.

B. các phân tử chất khí không chứa các hạt mang điện.

C. các phân tử chất khí luôn chuyển động hỗn loạn không ngừng.

D. các phân tử chất khí luôn trung hòa về điện, trong chất khí không có hạt tải.

Đáp án D

Câu 4. Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực của chất khí, hình thành do 

A. phân tử khí bị điện trường mạnh làm ion hóa.    

B. anôt bị nung nóng phát ra êlectron. 

C. catôt bị nung nóng phát ra êlectron.         

D. chất khí bị tác dụng của các tác nhân ion hóa bên ngoài.

Đáp án C

Câu 5. Chọn phát biểu đúng về chất khí?

A. Ở điều kiện bình thường, chất khí có khả năng dẫn điện, các hạt tải điện là ion dương, ion âm và electron. 

B. Tia sét là dòng điện tự lực trong chất khí khi không khí bị đốt nóng đến mức bị ion hóa.

C. Tia lửa điện và hồ quang điện là hai dạng phóng điện tự lực trong chất khí có cùng điều kiện xuất hiện.

D. Tia lửa điện và hồ quang điện là dòng điện trong chất khí khi xuất hiện đều phát sáng và toả nhiệt mạnh.

Đáp án D

Câu 6. Hiện tượng nào sau đây không phải hiện tượng phóng điện trong chất khí?

A. đánh lửa ở buzi.

B. sấm, sét.

C. hồ quang điện.  

D. dòng điện chạy qua thủy ngân.

Đáp án D

Câu 7. Khi bác nông dân A đang làm việc ở một khoảng đất rộng xa nơi dân cư, đột nhiên xuất hiện các cơn giông kéo đến mang theo tia sét. Phía trước bác có 4 nơi có thể tránh sét (giả thiết thời gian chạy đến các nơi đó là như nhau) là: Một cây cổ thụ to, một chiếc xe ôtô Kiamoning, một chòi cao được lợp bằng mái tôn và ngụp lặn dưới hồ để tránh sét. Nếu bạn ở cùng bác trong thời điểm này, bạn khuyên bác nên

A. Chạy đến cây cổ thụ to.                 

B. Ngụp lặn dưới hồ để tránh sét

C. Chạy đến xe ôtô và ngồi trong xe.   

D. Chạy đến chòi cao được lợp bằng mái tôn.

Đáp án C

Câu 8. Khi lớp tiếp xúc p-n được phân cực thuận, điện trường ngoài có tác dụng:

A. Tăng cường sự khuếch tán của các không hạt cơ bản.

B. Tăng cường sự khuếch tán các lỗ trống từ bán dẫn n sang bán dẫn p.

C. Tăng cường sự khuếch tán các electron từ bán dẫn n sang bán dẫn p.

D. Tăng cường sự khuếch tán các electron từ bán dẫn p sang bán dẫn n. 

Đáp án C

Câu 9. Chọn câu đúng?

A. Electron tự do và lỗ trống đều chuyển động ngược chiều điện trường.

B. Electron tự do và lỗ trống đều mang điện tích âm.

C. Mật độ các hạt tải điện phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, mức độ chiếu sáng.

D. Độ linh động của các hạt tải điện hầu như không thay đổi khi nhiệt độ tăng. 

Đáp án C

Câu10. Phát biểu nào sau đây về đặc điểm của chất bán dẫn là không đúng?

A. Điện trở suất của chất bán dẫn lớn hơn so với kim loại nhưng nhỏ hơn so với chất điện môi.

B. Điện trở suất của chất bán dẫn giảm mạnh khi nhiệt độ tăng.

C. Điện trở suất phụ thuộc rất mạnh vào hiệu điện thế.

D. Tính chất điện của bán dẫn phụ thuộc nhiều vào các tạp chất có mặt trong tinh thể.

Đáp án C

Câu 11. Bản chất của dòng điện trong chất bán dẫn là:

A. Dòng chuyển dời có hướng của các electron và lỗ trống ngược chiều điện trường.

B. Dòng chuyển dời có hướng của các electron và lỗ trống cùng chiều điện trường.

C. Dòng chuyển dời có hướng của các electron theo chiều điện trường và các lỗ trống ngược chiều điện trường.

D. Dòng chuyển dời có hướng của các lỗ trống theo chiều điện trường và các electron ngược chiều điện trường.

Đáp án D

Câu 12. Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Điôt bán dẫn có khả năng biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.

B. Điôt bán dẫn có khả năng biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều.

C. Điôt bán dẫn có khả năng phát quang khi có dòng điện đi qua.

D. Điôt bán dẫn có khả năng ổn định hiệu điện thế giữa hai đầu điôt khi bị phân cực ngược

Đáp án B

Câu 13. Tranzito bán dẫn có cấu tạo gồm:

A. một lớp tiếp xúc p – n.

B. hai lớp tiếp xúc p – n.

C. ba lớp tiếp xúc p – n.

D. bốn lớp tiếp xúc p – n. 

Đáp án B

Câu 14.  Tranzito bán dẫn có tác dụng:

A. chỉnh lưu.         

B. khuếch đại.

C. cho dòng điện đi theo hai chiều.

D. cho dòng điện đi theo một chiều từ catôt sang anôt. 

Đáp án B

Câu 15. Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Tia catốt có khả năng đâm xuyên qua các lá kim loại mỏng.

B. Tia catốt không bị lệch trong điện trường và từ trường.

C. Tia catốt có mang năng lượng

D. Tia catốt phát ra vuông góc với mặt catốt.

Đáp án B

Xem thêm phương pháp giải các dạng bài tập Vật Lí lớp 11 hay, chi tiết khác:

• Từ trường của dây dẫn có hình dạng đặc biệt - Nguyên lí chồng chất từ trường - Bài tập và cách giải
• Các dạng bài tập lực từ và cách giải
• Bài tập về lực lo – ren – xơ và cách giải
• Bài tập xác định chiều dòng điện cảm ứng và cách giải
• Bài tập tính từ thông, suất điện động cảm ứng và cường độ đòng điện cảm ứng và cách giải

• Sổ lò xo Art of Nature Thiên Long màu xinh xỉu
• Biti's ra mẫu mới xinh lắm
• Tsubaki 199k/3 chai
• L'Oreal mua 1 tặng 3