Laze

                                                                          

                                                                              LAZE

A)LÝ THUYẾT:

1.Định nghĩa laze:

    Laze là 1 nguồn sáng phát ra 1 chùm sáng cường độ lớn dựa trên hiện tượng phát xạ cảm ứng.

2.Đặc điểm của tia laze:

$\bullet $ Laze có tính đơn sắc cao (vì có cùng năng lượng ứng với sóng điện từ có cùng bước sóng). Độ sai lệch tỉ đối $\Delta $f / f của tần số ánh sang do laze phát ra có thể chỉ bằng ${{10}^{-15}}$.

$\bullet $ Laze là chùm sáng kết hợp (các phôtôn trong chùm có cùng tần số và cùng pha).

$\bullet $ Laze là chùm sáng song song có tính định hướng rất cao (bay theo cùng một phương).

$\bullet $ Laze có cường độ của chùm sáng rất lớn (số phôtôn bay theo cùng một hướng rất lớn).

$\bullet $ Laze là một nguồn sáng phát ra chùm sáng song song, kết hợp, có tính đơn sắc rất cao và có cường độ lớn.

3.Ứng dụng của tia laze:

$\bullet $ Trong y học dùng làm dao mổ trong các phẫu thuật tinh vi, chữa một số bệnh ngài da (nhờ tác dụng nhiệt).

$\bullet $ Thông tin liên lạc (vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh).

$\bullet $ Trong công nghiệp dùng để khoan, cắt, tôi,…chính xác các vật liệu trong công nghiệp.

$\bullet $ Trong trắc địa dùng để đo khoảng cách, tam giác đạc,…

$\bullet $ Laze còn dùng trong các đầu lọc đĩa CD, bút chì bảng, bản đồ, thí nghiệm quang học ở phổ thông,…

4.Một số công thức về laze:

$\bullet $ Nhiệt lượng cần thiết để đưa khối kim loại lên điểm nóng chảy hoặc hóa hơi.

                                                  $Q=mc({{T}_{C}}-{{t}_{0}})$

            ${{t}_{0}}$ : nhiệt độ ban đầu, ${{T}_{C}}$ : điểm nóng chảy hoặc điểm hóa hơi.

$\bullet $ Nhiệt lượng cần thiết để chuyển từ thể rắn sang thể lỏng hoặc từ thể lỏng sang thể hơi.

                                                     $Q=L.m$

            L: nhiệt nóng chảy của kim loại hoặc nhiệt hóa hơi của chất lỏng.

            m : khối lượng của chất rắn hoặc chất lỏng.

$\bullet $ Để đo khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng người ta dùng laze.

$\bullet $ Cho biết thời gian phát và thu xung là t, măng lượng một xung là \[{{\text{W}}_{0}}\], thời gian phát xung là $\tau $

       $\centerdot $  Khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng : d=ct / 2

       $\centerdot $ Công suất của chùm laze $P=\frac{{{\text{W}}_{0}}}{\tau }$

       $\centerdot $ Số photon trong một xung $N=\frac{{{\text{W}}_{0}}}{\varepsilon }=\frac{{{\text{W}}_{0}}.\lambda }{hc}=\frac{{{\text{W}}_{0}}}{hf}$

       $\centerdot $ Chiều dài một xung $l=c.\tau $

B)Một số ví dụ về laze:

Hướng dẫn:

Cách 1:

Ta có phương trình cân bằng nhiệt: P.t = $mc({{t}_{2}}-{{t}_{1}})+m.L$        (1)

Thể tích thép cần nung chảy hình trụ : V=$\pi \frac{{{d}^{2}}}{4}.e$

Khối lượng của thép cần hóa lỏng : m=D.V =D.$\pi \frac{{{d}^{2}}}{4}.e$             (2)

Thế (2) vào (1) : $P.t=D.\pi .\frac{{{d}^{2}}}{4}.e.c.({{t}_{2}}-{{t}_{1}})+D.\pi .\frac{{{d}^{2}}}{4}.e.L$

$\to P.t=7800.\pi \frac{{{10}^{-6}}}{4}{{.2.10}^{-3}}.\left[ 448.(1535-30)+270000 \right]=39\pi {{.10}^{-7}}.944240=11,56902804$  

$\to t=11,569/10=1,16s$

$\Rightarrow $ Chọn đáp án A.

Cách 2:

Gọi t là thời gian khoan thép.

Nhiệt lượng Laze cung cấp trong thời gian này : Q=P.t=10t (J)

Khối lượng của thép cần hóa lỏng: m=$\pi \frac{{{d}^{2}}}{4}.eD$=$12,{{3.10}^{-6}}kg=12,3\mu g$

Nhiệt lượng cần để đưa khối thép này từ ${{30}^{0}}C$ lên ${{1535}^{0}}C$ là:

${{Q}_{1}}=mc({{t}_{C}}-{{t}_{0}})=12,{{3.10}^{-6}}.448.(1535-30)=8,293J$

Nhiệt lượng cần sau đó để nung chảy khối thép: ${{Q}_{2}}=L.m=3,321J$

Theo định luật bảo toàn năng lượng: $Q={{Q}_{1}}+{{Q}_{2}}\to $ 10t=8,293+3,321 $\to $ t=1,16s   

Hướng dẫn:

Năng lượng cần để đốt mô mềm là :

E = 2,53.6 = 15,18 J.

 Năng lượng này do photon chùm laze cung cấp:

E = n$_{P}$ .$\frac{hc}{\lambda }$ .

$\to \lambda ={{n}_{P}}.\frac{hc}{\lambda }={{45.10}^{18}}.\frac{6,{{625.10}^{-34}}{{.3.10}^{8}}}{15,18}=589,{{1789.10}^{-9}}m=589nm$

$\Rightarrow $ Chọn đáp án A.

Hướng dẫn:

Gọi m là khối lượng nước đã bốc hơi thì: P.t=m(c.$\Delta $t+L)

Vậy V=$\frac{m}{\rho }$ =$\frac{P.t}{\rho (c.\Delta t+L)}$ =$\frac{8}{{{10}^{3}}(4,{{18.10}^{3}}.63+2,{{26.10}^{6}})}\approx 3,{{1.10}^{-9}}{{m}^{3}}$

$\Rightarrow $ Chọn đáp án C.

Hướng dẫn:

Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng thép và môi trường xung quanh. Nhiệt lượng cần truyền là:

   $Q=\frac{\pi {{d}^{2}}}{4}h\rho \left[ c({{t}_{2}}-{{t}_{1}})+\lambda  \right]\approx 5,8J$

  $\to t=\frac{Q}{P}=0,58s$

$\Rightarrow $ Chọn đáp án B.

Hướng dẫn:

Nhiệt lượng cần thiết để đưa khối thép lên điểm nóng chảy:

Q$_{1}$ =mc(${{T}_{C}}-{{t}_{0}}$)=1.448.(1535-30)=674240J.

Nhiệt lượng cần thiết để chuyển khối thép từ thể rắn sang thể lỏng ở điểm nóng chảy: Q$_{2}$ =m.L=1.270.10$^{3}$ =270000 J.

Tổng nhiệt lượng để nấu chảy hoàn toàn khối thép: Q =Q$_{1}$ + Q$_{2}$ =944240 J.

Thời gian cần để nấu chảy khối thép t=$\frac{Q}{P}=\frac{944240}{10}.\frac{1(h)}{3600}=26(h)$

$\Rightarrow $ Chọn đáp án A

Hướng dẫn:

Khối lượng của 1mm$^{3}$ nước: m=V.D=10$^{-6}$ kg.

Nhiệt lượng cần cung cấp để đưa 1mm$^{3}$ nước từ 37$^{0}$C lên điểm hóa hơi:

Q$_{1}$ =mc(T$_{C}$ -t$_{0}$)=10$^{-6}$.4,18.10$^{3}$ .(100-37)=0,26334 J.

Sau đó nhiệt lượng cần cung cấp để chuyển 1mm$^{3}$ nước từ thể lỏng sang thể hơi:

Q$_{2}$ =m.L=10$^{-6}$ .2260.10$^{3}$ nước từ thể lỏng sang thể hơi là: Q = Q$_{1}$ + Q$_{2}$ =2,52334J.

Công suất của laze: P=$\frac{Q}{t}$ = 2,5(W).

$\Rightarrow $ Chọn đáp án C.

Hướng dẫn:

Vì chùm laze di chuyển với vận tốc v=0,5cm/s trên bề mặt của mô mềm nên trong 1s nó dịch chuyển được một đoạn L=v.t=0,5.1=0,5cm=5mm.

Vì chùm laze có bán kính r=0,1mm nên khi dịch chuyển, trong 1 s nó tạo ra vùng cắt có diện tích: S=2r.L =2.0,1.5=1 mm$^{2}$.

Độ sâu vết cắt: h = $\frac{V}{S}$ = 3,5mm.

$\Rightarrow $ Chọn đáp án A.

Hướng dẫn:

N=$\frac{{{\text{W}}_{0}}}{\varepsilon }=\frac{P.t}{\varepsilon }=\frac{tP\lambda }{hc}=2,{{62.10}^{22}}$         $\Rightarrow $ Chọn đáp án D.

Hướng dẫn:

Nhiệt cung cấp: Q$_{C}$ =P.t

Nhiệt tăng nhiệt độ và nhiệt hóa hơi: Q=mc$\Delta $t + L.m=DV(c$\Delta $t + L).

Bảo toàn năng lượng: Q$_{C}$= Q $\to $ V=$\frac{P.t}{D(c.\Delta t+L)}=4,{{755.10}^{-9}}$ m$^{3}$ .

$\Rightarrow $ Chọn đáp án C

Hướng dẫn:

Số hạt photon khi chiếu laze trong một giây là: N$_{0}$=$\frac{P}{\varepsilon }=\frac{P.\lambda }{hc}$

Số hạt photon khi chiếu laze trong 4 giây là: N=4.N$_{0}$=4.$\frac{P}{\varepsilon }$=4.$\frac{P.\lambda }{hc}$

Cứ 5 hạt photon bay vào thì có 1 hạt photon bị electron hấp thụ nên có 4 hạt photon bay ra $\to $ Hiệu suất là H=4/5.

Số hạt tải điện sinh ra khi chiếu tia laze trong 4s là:

N’=$\frac{4}{5}$ N=4.$\frac{P.\lambda }{hc}.\frac{4}{5}$ =$\frac{16.P.\lambda }{5hc}$ =2,254.10$^{16}$

$\Rightarrow $ Chọn đáp án D. 

C)Bài Tập Tự Luyện:

Câu 1: 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.Lục                            B.Da cam                           C.Đỏ                             D.Vàng

Câu 2: Khi chiếu chum tia tử ngoại vào mọt ống ngiệm đựn dung dịch fluorexein thì thấy dung dịch này phát ra ánh sáng màu lục. Đó là hiện tượng:

A.Hóa-phát quang.                                             B.Phản xạ ánh sáng.

C.Tán sắc ánh sáng.                                            D.Quang-phát quang.

Câu 3: Đặc điểm nào sau đây không phải của tia laze?

A.Có tính đơn sắc cao.                                       B.Có tính định hướng cao.

C.Không bị khúc xạ khi đi qua lăng kính.         D.Có mật độ công suất lớn.

Câu 4: Tìm phát biểu sai liên quan đến tia laze?

A.Tia laze là chum sáng song song.                  

B.Gây ra hiện tượng quang điện với hầu hết các kim loại.

C.Tia laze là chum sáng có độ đơn sắc cao.

D.Tia laze là chùm sáng kết hợp.

Câu 5: Người ta dùng một loại laze CO$_{2}$ có công suất 10W để làm dao mổ. Tia laze chiếu vào chỗ mổ sẽ làm cho nước ở phần mô chỗ đó bốc hơi và mô bị cắt. Nhiệt dung riêng của nước c=4,18 kJ/kg.độ ; nhiệt hóa hơi của nước: L=2260 kJ/kg ; nhiệt độ cơ thể là 37$^{0}$C. Thể tích nước mà tia laze làm bốc hơi trong 1s là:

A.2,892mm$^{3}$                  B.3,963mm$^{3}$                    C.4,01mm$^{3}$                  D.2,55mm$^{3}$

Câu 6: Nguồn laze mạnh phát ra những xung có năng lượng 3000J. Bức xạ phát ra có bước sóng $\lambda $=480nm. Số photon trong mỗi bức xạ là:

A.7,25.10$^{21}$                    B.7,45.10$^{21}$                        C.7,25.10$^{23}$                   D.8,25.10$^{21}$

Câu 7: Người ta dùng một thiết bị laze để đo khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng. Chiếu tia laze dưới dạng xung ánh sáng về phía Mặt Trăng thf người ta đo được khoảng thời gian giữa điểm phát và thời điểm nhận xung phản xạ ở một máy thu đặt ở Trái Đất là 2,667s. Khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng là:

A.4,55.10$^{5}$km               B.4,0.10$^{5}$km                    C.4,0.10$^{4}$km              D.4,25.10$^{5}$km

Đáp án:

1-A    2-D    3-C    4-B    5-B    6-A    7-B

Bài viết gợi ý: