Tính đ nh h ng cao, do tia laze là chùm sáng song song.
Trang 11) nh ngh a
Là m t lo i ngu n sáng m i ho t đ ng d a trên hi n t ng phát x c m ng
2) c đi m
Chùm tia laze có 4 đ c đi m quan tr ng
Tính đ n s c cao, (do đ sai l ch t đ i v t n s c a chùm tia laze là r t nh )
Tia laze là chùm sáng k t h p, (do các photon trong chùm tia có cùng t n s và cùng pha)
Tính đ nh h ng cao, (do tia laze là chùm sáng song song)
C ng đ l n
3) Nguyên t c ho t đ ng
Có 3 nguyên t c c b n:
S d ng hi n t ng phát x c m ng
T o s đ o l n m t đ
Dùng bu ng c ng h ng
3) Các lo i Laze
Có 3 lo i Laser:
Laser khí nh laze hêli-neon
Laser r n nh laze rubi
Laser bán d n nh laze Ga-Al-As
4) ng d ng
Trong y h c: làm dao m trong ph u thu t tinh vi nh m t, m ch máu…
Trong thông tin liên l c: dùng trong liên l c vô tuy n đ nh v , liên l c v tinh
Trong công nghi p: dùng khoan c t, tôi…v i đ chính xác cao
Trong tr c đ a: dùng đo kho ng cách, ng m đ ng th ng…
5) M t s ví d v laze
Ví d 1: Ng i ta dùng m t laze ho t đ ng d i ch đ liên t c đ khoan m t t m thép Công su t chùm là P = 10 W
ng kính c a chùm sáng là d = 1 mm, b dày t m thép là e = 2 mm Nhi t đ ban đ u là t1 = 300C Kh i l ng
riêng c a thép là: D = 7800kg/m3; nhi t dung riêng c a thép là: c = 448 J/kg.đ ; Nhi t nóng ch y c a thép: L = 270 kJ/kg; đi m nóng ch y c a thép là T = 15350
C Th i gian t i thi u đ khoan là:
L i gi i:
Cách 1: Laze s khoan c t l nh hình bên
Ta có ph ng trình cân b ng nhi t: P.t = mc(t2- t1) + m.L (1)
Th tích thép c n nung ch y hình tr : V=
2 4
d e
Kh i l ng c a thép c n hoá l ng: m = D.V =D
2 4
d e
Th (2) vào (1) : P.t =D
2 4
d e
c ( t2 - t1) + D
2 4
d e
L
LAZE VÀ CÁC D NG BÀI T P TR NG TÂM
(TÀI LI U BÀI GI NG) GIÁO VIÊN: NG VI T HÙNG
ây là tài li u tóm l c các ki n th c đi kèm theo bài gi ng “Laze và các bài t p tr ng tâm“ thu c khóa h c LT H
KIT-1 : Môn V t lí(Th y ng Vi t Hùng) t i website Hocmai.vn có th n m v ng ki n th c ph n “Laze và các bài t p
tr ng tâm”, B n c n k t h p theo dõi bài gi ng v i tài li u này
d
e
Trang 2Th s : P.t =
6 3 10
7800 2.10 [448.(1535 30) 270000]
4
x 944240 =11,56902804
=> t = 11,569/10 = 1,16s
Cách 2: G i t là th i gian khoan thép
Nhi t l ng Laze cung c p trong th i gian này: QPt 10t J
Kh i l ng c a thép c n hoá l ng: m SeD d eD 12,3.10 kg 12,3g
4
6 2
(d là đ ng kính c a l khoan)
Nhi t l ng c n đ đ a kh i thép này t 300
C lên 15350 là
mc
Q1 c 0 12,3.106.448.1535 30 8,293
Nhi t l ng c n sau đó đ nung ch y kh i thép: Q2Lm3,321 J
Theo đ nh lu t b o toàn n ng l ng: QQ1Q2 10t 8,2933,321 t 1,16s ÁP ÁN A
Ví d 2: Ng i ta dùng m t lo i laze có công su t P = 12 W đ làm dao m Tia laze chi u vào ch m s làm n c
ph n mô ch đó b c h i và mô b c t Nhi t dung riêng c a n c là 4186 J/kg.đ Nhi t hóa h i c a n c là L = 2260
kJ/kg, nhi t đ c th là 370
C, kh i l ng riêng c a n c 1000 kg/m3
Th tích n c mà tia laze làm b c h i trong 1s
là
A 4,557 mm3 B 7,455 mm3 C 4,755 mm3 D 5,745 mm3
L i gi i:
Cách 1: m là kh i l ng n c b c h i ta có μ P t = m(ct + L) => m =
L t c
P t
Ta có: V =
D
m
=
) (c t L D
Pt
=10 (4186.63 2260.10 )
1 12
3
-9
m3 = 4,755 mm3 Chon C
Cách 2: Ta có Q = Pt = c.m(1000– 370
) + L.m => 12 = 4186.63.m + 2260.103.m => m = 4,755.10-6 kg
V = m/D = 4,755.10-9m3 Chon C
Cách 3:
+) Nhi t cung c p Qc = Pt
+) Nhi t t ng nhi t đ và nhi t hóa h iμ Q = mct + Lm = DV(ct + L)
+) B o toàn n ng l ng: Qc = Q V Pt
4,755.10
-9
m 3 Cách 4:
G i m là kh i l ng n c đã b c h i Q= mc t ; Q= L.m
P t = m(ct + L) -> m =
L t c
P t
V =
D
m
=
) (c t L
D
Pt
> V = 10 (4180.63 2260.10 )
1 10
3
-9
m 3 = 3,963 mm 3 Ch nB
Ví d 3: Ng i ta dùng m t lo i laze CO2 có công su t P = 10W đ làm dao m Tia laze chi u vào ch m s làm cho n c ph n mô ch đó b c h i và mô b c t Nhi t dung riêng c a n c: c = 4,18 kJ/kg.đ ; nhi t hoá h i c a
n c: L = 2260 kJ/kg, nhi t đ c th là 370
C Th tích n c mà tia laze làm b c h i trong 1s làμ
L i gi i:
N ng l ng mà tia lazer cung c p trong 1s là: A=P.t=10.1=10J
N ng l ng này làm n c trong c th t ng t 370lên đ n 1000
, và làm b c h i n c trong c th
G i V là th tích n c b hóa h iμ A = mc(t’- t) + L.m = V.Dc (t’- t) + V.D.L
Trang 33 3
9
963 , 3 10
963 3 2260000
1000 63 4180 1000
10
)
'
Dc
A
Ví d 4: đo kho ng cách t Trái t đ n M t Tr ng ng i ta dùng m t laze phát ra nh ng xung ánh sáng có b c
sóng 0,52 µm, chi u v phía M t Tr ng và đo kho ng th i gian gi a th i đi m xung đ c phát ra và th i đi m m t
máy thu đ t Trái t nh n đ c xung ph n x Th i gian kéo dài c a m t xung là t = 100 ns
Kho ng th i gian gi a th i đi m phát và nh n xung là 8/3 s.N ng l ng c a m i xung ánh sáng là Wo = 10 kJ
a) Tính kho ng cách gi a Trái t và M t Tr ng lúc đo
b) Tính công su t c a chùm laze
c) Tính s phôtôn ch a trong m i xung ánh sáng
d) Tính đ dài c a m i xung ánh sáng L y c = 3.108
m/s; h = 6,625.10-34 J.s
L i gi i:
a) G i L là kho ng cách t Trái t đ n M t Tr ng; c = 3.108
m/s là t c đ ánh sáng; t là th i gian đ ánh sáng đi v
gi a Trái t và M t Tr ng.Ta cóμ 2L = ct
8
8
ct 3.10 8
2 2.3
b) Công su t c a chùm laze :
3
11 0
9
100ns 100.10
c) S phôtôn đ c phát ra trong m i xung ánh sáng: 0 0 3 6 22
d) G i I là đ dài c a m t xung ánh sáng, ta có: I = c.t = 3.108
.100.10-9= 30 m
Ví d 5: Ng i ta chi u m t chùm tia laze h p có công su t 2mW và b c sóng = 0,7µm vào m t ch t bán d n Si
thì hi n t ng quang đi n trong s x y ra Bi t r ng c 5 h t phôtôn bay vào thì có 1 h t phôtôn b electron h p th và
sau khi h p th phôtôn thì electron này đ c gi i phóng kh i liên k t S h t t i đi n sinh ra khi chi u tia laze trong 4s
là
A 7,044.1015 B 1,127.1016 C 5,635.1016 D 2,254.1016
L i gi i:
S h t phôtôn khi chi u laze trong m t giây là: N0 =
c h
P P
.
V y s h t phôtôn khi chi u laze trong 4giây là: N = 4 N0 = 4
c h
P P
4
Vì r ng c 5 h t phôtôn bay vào thì có 1 h t phôtôn b electron h p th nên có 4 h t phôtôn bay ra
Nên hi u su t là H = 4/5
S h t t i đi n sinh ra khi chi u tia laze trong 4 s là N’ = N
5
4
8 34
6 3
10 3 625 , 6 5
10 7 , 0 10 2 16
5
16 5
4
c h
P c
h
V y s h t N’ 0,2254 1017 = 2,254 10 16
Ví d 6: Ng i ta dùng m t lo i laze CO2 có công su t P = 10 W đ làm dao m Tia laze chi u vào ch m s làm cho n c ph n mô ch đó b c h i và mô b c t Chùm laze có đ ng kính r = 0,1 mm và di chuy n v i v n t c v =
0,5cm/s trên b m t c a mô m m Nhi t dung riêng c a n c: c = 4,18 KJ/kg.đ ; nhi t hoá h i c a n c: L = 2260
J/kg, nhi t đ c th là 370
C Chi u sâu c c đ i c a v t c t là:
L i gi i:
G i m là kh i l ng n c đã b c h i : Q= mct ; Q = L.m
Di n tích v t m s = r v.t = r.v
Trang 4Suy ra đ sâu c a v t m h Pt 4mm
Ví d 7: đo kho ng cách t Trái t lên M t Tr ng ng i ta dùng m t tia laze phát ra nh ng xung ánh sáng có
b c sóng 0,52 m, chi u v phía M t Tr ng Th i gian kéo dài m i xung là 10-7
(s) và công su t c a chùm laze là
100000 MW S phôtôn ch a trong m i xung là
A 2,62.1022 h t B 2,62.1015 h t C 2,62.1029 h t D 5,2.1020 h t
………
………
………
Ví d 8: M t đèn Lade có công su t phát sáng 1W phát ánh sáng đ n s c có b c sóng 0,7m Cho h = 6,625.10-34
Js,
c = 3.108m/s S phôtôn c a nó phát ra trong 1 giây là:
A 3,52.1016 B 3,52.1019 C 3,52.1018 D 3,52.1020
………
………
………
Ví d 9: i cat t c a ng R nghen đ c làm ngu i b ng m t dòng n c ch y lu n phía bên trong Nhi t đ l i ra cao h n nhi t đ l i vào là 100
C Coi r ng λλ,λ% đ ng n ng c a chùm electron chuy n thành nhi t làm nóng đ i
cat t ng R nghen phát ra nh ng tia có t n s l n nh t b ng 5.1018 Hz Dòng quang đi n qua ng b ng 8mA Nhi t
dung riêng và kh i l ng riêng c a dòng n c là c = 4186 J/kg.đ ; D = 1000 kg/m3 L u l ng n c ch y trong ng
là
………
………
………
Ví d 10: Bi t nhi t dung riêng c a n c c = 4186 J/kg.đ , nhi t hoá h i c a n c là L = 2260 kJ/kg, kh i l ng
riêng c a n c D = 103
kg/m3 làm b c h i 1 mm3n c 370
C trong kho ng th i gian 10 s b ng m t laze thì laze
đó ph i có công su t b ng bao nhiêu?
………
………
………
M T S BÀI T P NÂNG CAO V L NG T ÁNH SÁNG
Câu 1: M t ngu n sáng có công su t 2W phát ra ánh sáng có b c sóng 0,597 m, t a ra đ u theo m i h ng N u coi
đ ng kính con ng i c a m t là 4mm và m t còn có th c m nh n đ c ánh sáng khi t i thi u có 80 phôton l t vào
m t trong 1s B qua s h p th photon c a môi tr ng.Kho ng cách xa ngu n sáng nh t mà m t còn trông th y
ngu n?
A 18000 km B 21567,4 km C 77303,4 km D 12567,7 km
L i gi i:
2
P
I=
4 R I= P/S => p= I.S =2W
-s phôtôn phát ra trong 1 s:
P P n
hf hc
-s phôtôn phát ra qua 1 đ n v di n tích trong 1 s: ' 2
4
n
hc S hc R
)
Trang 5-Kho ng cách t ngu n sáng đ n m t :
4 '
P R
hc n
-Kho ng cách xa nh t mà m t còn trông th y ngu n sáng(Khi n’ = 80 photon l t vào m t trong 1s) thì :
4 '
P
R
hc n
6
2.0,597.10
77303413, 08
4 6, 625.10 3.10 80
Câu 2:G i n ng l ng do m t chùm sáng đ n s c chi u t i m t đ n v di n tích đ t vuông góc v i ph ng chi u
sáng trong m t đ n v th i gian là c ng đ c a chùm sáng đ n s c, kí hi u là I (W/m2
) Chi u m t chùm sáng h p
đ n s c (b c sóng 0,5 m) t i b m t c a m t t m kim lo i đ t vuông góc v i chùm sáng , di n tích c a b m t kim
lo i nh n đ c ánh sáng chi u t i là 30mm2
B c x đ n s c trên gây ra hi n t ng quang đi n đ i v i t m kim lo i
(coi r ng c 20 phôtôn t i b m t t m kim lo i làm b t ra 3 electron), s electron b t ra kh i b m t t m kim lo i trong th i gian 1s là 3.1013 Giá tr c a c ng đ sáng I là:
A 9,9375 W/m2 B 9,6 W/m2 C 2,65 W/m2 D 5,67 W/m2
L i gi i:
- S phôtôn đ n đ c t m kim lo i trong th i gian 1s là : N= 13
3.10 20
3 =
14 2.10 (h t)
- Công su t c a chùm sáng t i là: hc
.N=
5
7, 95.10 (W)
6
W 7, 95.10
S 30.10
Câu 3:M t ng i có th th y đ c m t ch p sáng phát ra khi 100 phô tôn đ p vào võng m c trong kho ng th i gian
nh h n 0,05s Ph i đ t m t đèn natri phát ra ánh sáng vàng có = 590nm cách bao xa đ m t còn th y đ c ánh
sáng c a đèn Cho bi t đèn có công su t phát quang 10W, phát ra ánh sáng đ u theo m i h ng môi tr ng không h p
th ánh sáng và đ ng kính con ng i là 6m
A 183 km B 18,3 km C 0,83 km D 83 km
L i gi i:
+ S photon c a đèn phát ra trong 1s là μ n = P/ 2,97.1019
( = hc/ ) + Neu đèn cách m t 1 kho ng R => trong 1s s photon di qua 1 đ n v di n tích m t c u có bán kính R là : 2
4 R
n
2 2
2
16 4
nd d
R
n
+ m t còn th y đ c ánh sáng c a đèn μ 2
2
16 R
nd
.0,05 > 100 => R < 182,8.103m
Câu 4: Trong chân không, ng i ta đ t m t ngu n sáng đi m t i A có công su t phát sáng không đ i L n l t thay
đ i ngu n sáng t i A là ánh sáng tím b c sóng 1 = 380 nm và ánh sáng l c b c sóng 2 = 547,2 nm Dùng m t
máy dò ánh sáng, có đ nh y không đ i và ch ph thu c vào s h t phôton đ n máy trong m t đ n v th i gian, d ch
chuy n máy ra xa A t t Kho ng cách xa nh t mà máy còn dò đ c ánh sáng ng v i ngu n màu tím và ngu n màu
l c l n l t là r1 và r2 Bi t |r1– r2| = 30 km Giá tr r1 là
L i gi i:
G i P là công su t phát sáng t i ngu n A; N1 và N2 là s photon tím và l c phát ra trong 1s
P = N1
1
hc
= N2
2
hc
=>
1
2 N
N
=
1
2
Photon còn đ n đ c máy dò khi; 2
1
1
4 r
N
2
2
4 r
N
1 => N1= 4 2
m ax 1
r = 4 2
1
r và N2= 4 2
2 r
Trang 6=>
2
2
2
1
r
r
=
2
1
N
N
=
2
1
= 0,6944
=> r1 = 0,833r2 < r2 => r2– r1 = 30 km => r2 = r1 + 30 (km)
=> r1 = 0,833(r1+ 30) => 0,167r1 = 25 => r 1 = 149,7 km 150 km áp án C
Câu 5:M t ngu n sáng có công su t P=2W, phát ra ánh sáng có b c sóng =0,5λ7µm t a ra đ u theo m i h ng
N u coi đ ng kính con ng i c a m t là 4mm và m t còn có th c m nh n đ c ánh sáng khi t i thi u có 80 phôtôn
l t vào m t trong 1s B qua s h p th phôtôn c a môi tr ng Kho ng cách xa ngu n sáng nh t mà m t còn trông
th y ngu n là
A 27 km B 470 km C 6 km D 274 km
L i gi i:
C ng đ sáng I t i đi m cách ngu n R đ c tính theo công th c: I = 2
4 R
P
N ng l ng ánh sáng mà m t có th nh n đ c:
W = IS = I
4
2 d
4 R
P
2 d
2
16 R
Pd
(d đ ng kính m t) mà W = 80
hc
=>
80
hc
2
16 R
Pd
=> R =
hc
P d 80 16
2
= 0,274.10 6 (m) = 274 (km) Ch n D
Câu 6:Chi u l n l t 3 b c x đ n s c có b c sóng theo t l 1: 2: 3 1: 2 :1,5 vào catôt c a m t t bao quang
đi n thì nh n đ c các electron quang đi n có v n t c ban đ u c c đ i t ng ng và có t l v : v : v1 2 32 :1: k, v i
k b ng:
1 2
Ta có
2
2
2
2 2
2 2
2