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