Bài tập trắc nghiệm chương lượng tử ánh sáng (11)

Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Laze và các bài tp trng tâm. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - 1) 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 t 1 = 30 0 C. Khi lng riêng ca thép là: D = 7800kg/m 3 ; 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 = 1535 0 C. Thi gian ti thiu đ khoan là: A. 1,16 s B. 2,12 s C. 2,15 s D. 2,275 s. 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(t 2 - t 1 ) + 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  (2) Th (2) vào (1) : P.t =D. 2 . 4 d e  c ( t 2 - t 1 ) + 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 Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Laze và các bài tp trng tâm. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - Th s: P.t = 6 3 10 7800. . 2.10 .[448.(1535 30) 270000] 4     =39.10 -7 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:   JtPtQ 10 Khi lng ca thép cn hoá lng: gkgeD d SeDm   3,1210.3,12 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 30 0 C lên 1535 0 là     JttmcQ c 293,8301535.448.10.3,12 6 01   Nhit lng cn sau đó đ nung chy khi thép: JLmQ 321,3 2  Theo đnh lut bo toàn nng lng: 321,3293,810 21  tQQQ  st 16,1 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 37 0 C, khi lng riêng ca nc 1000 kg/m 3 . Th tích nc mà tia laze làm bc hi trong 1s là A. 4,557 mm 3 . B. 7,455 mm 3 . C. 4,755 mm 3 D. 5,745 mm 3 . Li gii: Cách 1: m là khi lng nc bc hi ta có μ P t = m(ct + L) => m = Ltc Pt  . Ta có: V = D m = )( LtcD Pt  = )10.226063.4186(10 1.12 33  = 4,75488.10 -9 m 3 = . 4,755 mm 3 . Chon C Cách 2: Ta có Q = Pt = c.m(100 0 – 37 0 ) + L.m => 12 = 4186.63.m + 2260.10 3 .m => m = 4,755.10 -6 kg V = m/D = 4,755.10 -9 m 3 . Chon C Cách 3: +) Nhit cung cp Q c = Pt +) Nhit tng nhit đ và nhit hóa hiμ Q = mct + Lm = DV(ct + L) +) Bo toàn nng lng: Q c = Q  Pt V D(c. t L)    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(ct + L) > m = Ltc Pt  V = D m = )( LtcD Pt  > V = )10.226063.4180(10 1.10 33  = 3,963.10 -9 m 3 = . 3,963 mm 3 ChnB Ví d 3: Ngi ta dùng mt loi laze CO 2 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 37 0 C. Th tích nc mà tia laze làm bc hi trong 1s làμ A. 2,892 mm 2 . B. 3,963mm 3 C. 4,01mm 2 D. 2,55mm 2 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 37 0 lên đn 100 0 , 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 Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Laze và các bài tp trng tâm. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 - 339 963,310.963.3 2260000.100063.4180.1000 10 .)'( mmm LDttDc A V       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 W o = 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 = 3.10 8 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 = 3.10 8 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 L 4.10 m 2 2.3     = 400000 km b) Công sut ca chùm laze : 3 11 0 9 W 10kJ 10.10 P 1.10 W 100000MW  100ns 100.10       c) S phôtôn đc phát ra trong mi xung ánh sáng: 36 22 00 34 8 WW 10.10 .0,52.10 N 2,62.10 hf hc 6,625.10 .3.10       (ht) d) Gi I là đ dài ca mt xung ánh sáng, ta có: I = c.t = 3.10 8 .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. 7,044.10 15 . B. 1,127.10 16 . C. 5,635.10 16 . D. 2,254.10 16 . Li gii: S ht phôtôn khi chiu laze trong mt giây là: N 0 = ch PP . .    Vy s ht phôtôn khi chiu laze trong 4giây là: N = 4. N 0 = 4. ch PP . . .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 4 834 63 10.3.625,6.5 10.7,0.10.2.16 .5 16 5 4 . . . .4    ch P ch P  Vy s ht N’  0,2254. 10 17 = 2,254. 10 16 Ví d 6: Ngi ta dùng mt loi laze CO 2 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 37 0 C. Chiu sâu cc đi ca vt ct là: A. 1 mm B. 2 mm C. 3 mm D. 4 mm Li gii: Gi m là khi lng nc đã bc hi : Q= mc  t ; Q = L.m Suy ra P.t = m(ct + L) Pt m c t L   Din tích vt m s = r. v.t = r.v Th tích ca vt m V = s.h; trong đó h là đ sâu ca vt m m Pt V r.v.h D D(c t L)     Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Laze và các bài tp trng tâm. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 - Suy ra đ sâu ca vt m Pt h 4mm D(c t L)r.v   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. 2,62.10 22 ht. B. 2,62.10 15 ht. C. 2,62.10 29 ht. D. 5,2.10 20 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 0,7m. Cho h = 6,625.10 -34 Js, c = 3.10 8 m/s. S phôtôn ca nó phát ra trong 1 giây là: A. 3,52.10 16 . B. 3,52.10 19 . C. 3,52.10 18 . D. 3,52.10 20 . …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… 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 10 0 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 5.10 18 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/m 3 . Lu lng nc chy trong ng là A. 1 cm 3 /s B. 2 cm 3 /s C. 3 cm 3 /s D. 4 cm 3 /s …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… 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 = 10 3 kg/m 3 .  làm bc hi 1 mm 3 nc  37 0 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? A. 4,5W B. 3,5W C. 2,5W D. 1,5W …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… 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: PP n hf hc   -s phôtôn phát ra qua 1 đn v din tích trong 1 s: 2 ' . 4 . PP n hc S hc R    (v ì din tích mt cu S= 4฀R 2 ) Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Laze và các bài tp trng tâm. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - 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 34 8 2.0,597.10 77303413,08 4 .6,625.10 .3.10 .80 Rm     =77303,413km 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/m 2 ). 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 30mm 2 . 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 13 3.10 . Giá tr ca cng đ sáng I là: A. 9,9375 W/m 2 B. 9,6 W/m 2 C. 2,65 W/m 2 D. 5,67 W/m 2 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) - Vy cng đ chùm sáng là: 5 2 6 W 7,95.10 I 2,65(W / m ) S 30.10      .Chn C 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/  2,97.10 19 ( = 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  + S photon lt qua con ngi trong 1s là μ 2 22 2 16 4 4 R ndd R n    +  mt còn thy đc ánh sáng ca đèn μ 2 2 16 R nd .0,05 > 100 => R < 182,8.10 3 m 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 r 1 và r 2 . Bit |r 1 – r 2 | = 30 km. Giá tr r 1 là A. 180 km B. 210 km C. 150 km D. 120 km Li gii: Gi P là công sut phát sáng ti ngun A; N 1 và N 2 là s photon tím và lc phát ra trong 1s P = N 1 1  hc = N 2 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 2 4 r N   1 => N 1 = 4 2 max1 r = 4 2 1 r và N 2 = 4 2 2 r Luyn thi đi hc KIT-1: Môn Vt Lí ( Thy ng Vit Hùng) Laze và các bài tp trng tâm. Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Tng đài t vn: 1900 58-58-12 - Trang | 6 - => 2 2 2 1 r r = 2 1 N N = 2 1   = 0,6944 => r 1 = 0,833r 2 < r 2 => r 2 – r 1 = 30 km => r 2 = r 1 + 30 (km) => r 1 = 0,833(r 1 + 30) => 0,167r 1 = 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  = 2 4 R P  4 2 d  = 2 2 16 R Pd (d đng kính mt) mà W = 80  hc => 80  hc = 2 2 16 R Pd => R = hc Pd 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 1 2 3 v :v :v 2:1:k , vi k bng: A. 3 B. 1 3 C. 2 D. 1 2 Ta có   2 2 2 2 2 2 2 2 hc mv A 4. (1) 2 hc mv (1) (2) 3 hc mv 3 22 A (2) 3 k 2 2 2 k 1 hc mv (3) (2) k 1 hc mv 62 A k (3) 1,5. 2                                   Giáo viên: ng Vit Hùng Ngun : Hocmai.vn . 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. 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. mi xung ánh sáng. Ly c = 3.10 8 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 = 3.10 8 m/s là tc đ ánh sáng; t là thi gian đ ánh sáng đi v