Vật lí 12 Bài 34: Sơ lược về Laze – Giải bài tập SGK Vật lí 12 Bài 34

Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 34

I) Khái niệm, đặc điểm

– Khái niệm: Laze là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng có cường độ lớn dựa vào hiện tượng phát xạ cảm ứng.

– Đặc điểm:

+) có tính đơn sắc rất cao

+) là chùm sáng kết hợp ( cùng tần số, cùng pha)

+) là chùm sáng song song ( có tính định hướng cao)

+) có cường độ lớn

II) Nguyên tắc hoạt động

– Nguyên tắc hoạt động quang trọng nhất của laze là sự phát xạ cảm ứng. phát xạ cảm ứng là hiện tượng: Nếu một nguyên tử đang ở trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng lượng ε = hf, bắt gặp một phôtôn có năng lượng ε’ = ε bay lướt qua nó thì lập tứ nguyên tử này cũng phát ra phôtôn ε. Phôtôn ε bay cùng phương với phôtôn ε’. Ngoài ra sóng điện từ ứng với phôtôn ε cùng pha và dao động trong một mặt phẳng song song với mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với phôtôn ε’. Như vậy nếu có một phôtôn bay qua một loạt các nguyên tử đang ở trạng thái kích thích thí số phôtôn tăng lên theo cấp số nhân. Các phôtôn này cùng năng lượng, cùng phương, cùng pha dao động.

III) Ứng dụng

– Y học: sử dụng làm dao mổ trong các phẫu thuật tinh vi, chữa một số bệnh ngoài ra nhờ tác dụng nhiệt.

– Thông tin liên lạc: liên lạc vô tuyến ( vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh, điều khiển các con tàu vũ trụ,…), truyền tin bằng cáp quang, đọc đĩa CD,…

– Công nghiệp: cắt, khoan,… chính xác.

– Trắc địa: đo khoảng cách, tam giác đạc, ngắm đường thẳng,…

Giải bài tập SGK Vật lí 12 Bài 34

Bài 1 (trang 173 SGK Vật Lý 12)

Laze là gì?

Lời giải:

Laze là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng có cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng.

Bài 2 (trang 173 SGK Vật Lý 12)

Nêu các đặc điểm của chùm sáng (tia laze) do laze phát ra.

Lời giải:

Các đặc điểm của chùm sáng (tia laze) do laze phát ra:

+ Tính đơn sắc cao

+ Chùm tia laze rất song song nên có tính định hướng cao

+ Tính kết hợp của chùm sáng cao vì gồm rất nhiều hạt photon cùng pha với nhau.

+ Có cường độ lớn: Chùm tia laze có năng lượng có thể nhỏ nhưng do thời gian mỗi xung và diện tích tập trung rất nhỏ nên mật độ công suất (hay cường độ) rất lớn I = P/S

Bài 3 (trang 173 SGK Vật Lý 12)

Sự phát xạ cảm ứng là gì? Tại sao có thể khuếch đại ánh sáng dựa vào hiện tượng phát xạ cảm ứng?

Lời giải:

– Hiện tượng phát xạ cảm ứng: là hiện tượng khi một nguyên tử đang ở trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một photon có năng lượng ε = hf, bắt gặp một photon có năng lượng ε’ = hf, bay lướt qua nó, thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra photon ε, photon ε có cùng năng lượng và bay cùng phương với photon ε’, ngoài ra. Sóng điện từ ứng với photon ε hoàn toàn cùng pha và dao động trong một mặt phẳng song song với mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với photon ε’.

– Có thể khuếch đại ánh sáng dựa vào hiện tượng phát xạ cảm ứng vì số photon trong chùm ánh sáng tăng lên theo cấp số nhân.

Bài 4 (trang 173 SGK Vật Lý 12)

Trình bày cấu tạo của laze rubi.

Lời giải:

– Hình minh họa (tham khảo trang 171 sgk Lý 12):

– Cấu tạo:

+ Một thanh rubi hình trụ. Hai mặt được mài nhẵn, vuông góc với trục của thanh.

+ Bề mặt phản xạ (1) được mạ bạc thành một gương phẳng có mặt phản xạ quay vào phía trong.

+ Bề mặt bán mạ (2) có tác dụng để cho khoảng 50% cường độ của chùm sáng chiếu tới bị phản xạ, còn khoảng 50% truyền qua.

Bài 5 (trang 173 SGK Vật Lý 12)

Có những loại laze gì?

Lời giải:

Các loại laze:

+ Laze khí (laze He-Ne, laze CO¬2)

+ Laze rắn (laze Rubi)

+ Laze bán dẫn (laze Ga-Al-As)

Bài 6 (trang 173 SGK Vật Lý 12)

Trình bày một vài ứng dụng của laze.

Lời giải:

Ứng dụng của laze:

+ Trong y học: lợi dụng khả năng tập trung năng lượng của chùm tia laze vào một vùng rất nhỏ, người ta dùng tia laze như một con dao mổ trong các phẫu thuật tinh vi như mắt, mạch máu…Ngoài ra người ta sử dụng tác dụng nhiệt của tia laze chữa một số bệnh ngoài da.

+ Trong công nghiệp: dùng trong các việc như khoan, cắt, tôi chính xác trên nhiều chất liệu như kim loại, compozit,…mà không thể thực hiện bằng các phương pháp cơ học.

+ Trong trắc địa: lợi dụng tính định hướng cao để đo khoảng cách, ngắm đường thẳng.

+ Trong thông tin liên lạc: do có tính định hướng và tần số rất cao nên tia laze có ưu thế đặc biệt trong liên lạc vô tuyến (định vị, liên lạc vệ tinh, điều khiển tàu vụ trụ). Tia laze có tính kết hợp và cường độ cao nên được sử dụng rất tốt trong việc truyền tin bằng cáp quang.

+ Dùng trong các đầu lọc đĩa CD, bút chỉ bảng.

Bài 7 (trang 173 SGK Vật Lý 12)

Chọn câu đúng.

Chùm sáng do laze rubi phát ra có màu:

A. Trắng

B. Xanh

C. Đỏ

D. Vàng.

Lời giải:

Chọn đáp án C.

Ánh sáng đỏ là do ion crom phát ra khi chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản.

Bài 8 (trang 173 SGK Vật Lý 12)

Tia laze không có đặc điểm nào dưới đây?

A. Độ đơn sắc cao.

B. Độ định hướng cao

C. Cường độ lớn.

D. Công suất lớn

Lời giải:

Vì tia laze có đặc điểm là tính đơn sắc cao, định hướng cao, cường độ lớn. Chùm tia laze có năng lượng có thể nhỏ nhưng do thời gian mỗi xung và diện tích tập trung rất nhỏ nên mật độ công suất (hay cường độ) rất lớn I = P/S.

Bài 9 (trang 173 SGK Vật Lý 12)

Bút laze mà ta thường dùng để chỉ bảng thuộc loại laze nào?

A. Khí

B. Lỏng

C. Rắn

D. Bán dẫn

Lời giải:

Chọn đáp án D.

Bút laze mà ta thường dùng để chỉ bảng thuộc loại laze công suất thấp như laser bán dẫn làm việc ở dải sóng khả kiến (630 – 670)nm.

Trắc nghiệm Vật lí 12 Bài 34 có đáp án

Bài 1: Tìm phát biểu sai. Các loại laze thông thường đã được sản xuất là

A. laze rắn

B. laze khí

C. laze lỏng

D. laze bán dẫn

Lời giải

– Các loại laze:

+ Laze khí (laze He-Ne, laze CO₂)

+ Laze rắn (laze Rubi)

+ Laze bán dẫn (laze Ga-Al-As)

Chọn đáp án C

Bài 2: Laze không được ứng dụng:

A. làm dao mổ trong y học

B. xác định tuổi cổ vật trong ngành khảo cổ học

C. để truyền tin bằng cáp quang

D. đo các khoảng cách trong ngành trắc địa

Lời giải

– Ứng dụng của laze:

+ Trong y học: lợi dụng khả năng tập trung năng lượng của chùm tia laze vào một vùng rất nhỏ, người ta dùng tia laze như một con dao mổ trong các phẫu thuật tinh vi như mắt, mạch máu…Ngoài ra người ta sử dụng tác dụng nhiệt của tia laze chữa một số bệnh ngoài da.

+ Trong công nghiệp: dùng trong các việc như khoan, cắt, tôi chính xác trên nhiều chất liệu như kim loại, compozit,…mà không thể thực hiện bằng các phương pháp cơ học.

+ Trong trắc địa: lợi dụng tính định hướng cao để đo khoảng cách, ngắm đường thẳng.

+ Trong thông tin liên lạc: do có tính định hướng và tần số rất cao nên tia laze có ưu thế đặc biệt trong liên lạc vô tuyến (định vị, liên lạc vệ tinh, điều khiển tàu vụ trụ). Tia laze có tính kết hợp và cường độ cao nên được sử dụng rất tốt trong việc truyền tin bằng cáp quang.

+ Dùng trong các đầu lọc đĩa CD, bút chỉ bảng.

Chọn đáp án B

Bài 3: Người ta dùng một laze CO₂ có công suất 8 W để làm dao mổ. Tia laze chiếu vào chỗ nào sẽ làm cho nước của phần mô ở chỗ dod bốc hơi và mô bị cắt. Biết nhiệt dung riêng, khối lượng riêng và nhiệt hóa hơi của nước là: c= 4,18 kJ/kg.K, ρ=10³ kg/m³, L = 2260 kJ/kg, nhiệt độ ban đầu của nước là 37^oC. Thể tích nước mà tia laze làm bốc hơi trong 1s là:

A. 2,3 mm³

B. 3,9 mm³

C. 3,1 mm³

D. 1,6 mm³

Lời giải

– Gọi m là khối lượng nước đã bốc hơi thì nhiệt lượng cần cung cấp để bốc hơi m lượng nước là:

Q = P.t = m.c.∆t° + m.L

– Thể tích nước mà tia laze làm bốc hơi trong 1 s là:

Chọn đáp án C

Bài 4: Người ta dùng một laze hoạt động dưới chế độ liên tục để khoan một tấm thép. Công suất của chùm laze là P = 10 W. Đường kính của chùm sáng là d = 1 mm, bề dày của tấm thep h = 1 mm. Nhiệt độ ban đầu là t₁=30^oC. Biết: Khối lượng riêng của thép , ρ=7800 kg/m³; nhiệt dung riêng của thép là c = 448 J/kg.K ; nhiệt nóng chảy riêng của thép λ = 270 kJ/kg ; điểm nóng chảy của thép t₂=1535^oC. Thời gian khoan thép là

A. 2,3 s

B. 0,58 s

C. 1,2 s

D. 0,42 s

Lời giải

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

– Thời gian khoan thép là: t = Q/P = 5,8/10 = 0,58 s

Chọn đáp án B

Bài 5: Cho nguồn laze phát ra chùm bức xạ có bước sóng 0,45µm với công suất 1,2W. Trong mỗi giây, số photon do chùm sáng phát ra là:

A. 4,42.10¹² photon/s

B. 4,42.10¹⁸ photon/s

C. 2,72.10¹² photon/s

D. 2,72.10¹⁸ photon/s

Lời giải

Chọn đáp án D

Bài 6: Laze A phát ra chùm bức xạ có bước sóng 0,45 μm với công suất 0,8W. Laze B phát ra chùm bức xạ có bước sóng 0,60 μm với công suất 0,6 W. Tỉ số giữa số phôtôn của laze B và số phôtôn của laze A phát ra trong mỗi giây là:

A. 1.

B. 20/9.

C. 2.

D. 3/4.

– Ta có:

Chọn đáp án A

Bài 7: Một laze có công suất 10 W làm bốc hơi một lượng nước ở 30°C. Biết rằng nhiệt dung riêng của nước là c = 4,18 kJ/kg.độ, nhiệt hóa hơi của nước L = 2260kJ/kg, khối lượng riêng của nước D = 1000kg/m³. Thể tích nước bốc hơi được trong khoảng thời gian 1s là:

A. 3,9 mm³.

B. 4,4 mm³.

C. 5,4 mm³.

D. 5,6 mm³.

Lời giải

– Trong 1 giây thì năng lượng khối nước nhận được là: E = P.t = 10 J

– Năng lượng này dùng để làm sôi nước và hóa hơi nước nên:

E = Q_sôi + Q_{hóa hơi} = mc.Δt + mL

– Mà m = V.D

Chọn đáp án A

Bài 8: Người ta dùng một laze hoạt động dưới chế độ liên tục để khoan một tấm thép. Công suất của chùm laze là P = 10 W. Đường kính của một chùm sáng là d = 1 mm. Bề dày của tấm thép là e = 2 mm. Nhiệt độ ban đầu là t₀ = 30°C. Khối lượng riêng của thép: ρ = 7 800 kg/m³. Nhiệt dung riêng của thép: c = 448 J/kg.độ. Nhiệt nóng chảy riêng của thép: λ = 270 kJ/kg. Điểm nóng chảy của thép: T_c = 1 535°C. Bỏ qua mọi hao phí. Tính thời gian khoan thép.

A. 2,16 s

B. 1,16 s

C. 1,18 s

D. 1,26 s

Lời giải

– Năng lượng của tia laze được sử dụng để làm tăng nhiệt độ của thép và làm nóng chảy nó nên:

Chọn đáp án B

Bài 9: Dùng chùm tia laze có công suất P = 10 W để nấu chảy khối thép có khối lượng 1 kg. Nhiệt độ ban đầu của khối thép t₀ = 30°, nhiệt dung riêng của thép c = 448J/kg.độ, nhiệt nóng chảy của thép L = 270 kJ/kg, điểm nóng chảy của thép Tc = 1535°C. Coi rằng không bị mất nhiệt lượng ra môi trường. Thời gian làm nóng chảy hoàn toàn khối thép là:

A. 26 h.

B. 0,94 h.

C. 100 h.

D. 94 h.

Lời giải

– Nhiệt lượng tia Laze cần cung cấp vừa để làm nhiệt độ thanh thép tăng lên đến điểm nóng chảy và vừa để thanh thép nóng chảy nên:

Chọn đáp án A

Bài 10: Dùng laze CO₂ có công suất P = 10 W để làm dao mổ. Khi tia laze được chiếu vào vị trí cần mổ sẽ làm cho nước ở phần mô chỗ đó bốc hơi và mô bị cắt. Biết chùm laze có bán kính r = 0,1 mm và di chuyển với vận tốc v = 0,5cm/s trên bề mặt của mô mềm. Biết thể tích nước bốc hơi trong 1 s là 3,5 mm³. Chiều sâu cực đại của vết cắt là:

A. 1 mm.

B. 2 mm.

C. 3,5 mm.

D. 4 mm.

Lời giải

– Chiều sâu cực đại của vết cắt là:

Chọn đáp án C

Bài 11: Trong laze rubi có sự biến đổi năng lượng từ dạng nào sang quang năng?

A. Quang năng

B. Hiện tượng cảm ứng điện từ

C. Nhiệt năng

D. Điện năng

Lời giải

– Trong laze rubi có sự biến đổi năng lượng từ quang năng sang quang năng.

Chọn đáp án A

Bài 12: Tia laze không có đặc điểm:

A. độ định hướng cao

B. độ đơn sắc cao

C. cường độ lớn

D. công suất trung bình có giá trị lớn

Lời giải

– Tia laze là ánh sáng kết hợp; Tia laze rất đơn sắc; Chùm tia laze rất song song;

– Chùm tia laze có năng lượng có thể nhỏ nhưng do thời gian mỗi xung và diện tích tập trung rất nhỏ nên mật độ công suất (hay cường độ) rất lớn I = P/S

Chọn đáp án D

Bài 13: Màu do một laze phát ra:

A. màu trắng

B. hỗn hợp hai màu đơn sắc

C. hỗn hợp nhiều màu đơn sắc

D. màu đơn sắc

Lời giải

– Màu do một laze phát ra là màu đơn sắc do tia laze rất đơn sắc.

Chọn đáp án D

Bài 14: Tìm phát biểu sai về tia laze:

A. tia laze có tính định hướng cao

B. tia laze bị tán sắc khi qua lăng kính

C. tia laze là chùm sáng kết hợp

D. tia laze có cường độ lớn

Lời giải

– Tia laze rất đơn sắc nên không bị tán sắc khi qua lăng kính.

Chọn đáp án B

Bài 15: Hiệu suất của một laze:

A lớn hơn 100%

B. nhỏ hơn 100%

C. bằng 100%

D. rất lơn so với 100%

Lời giải

– Hiệu suất của một laze nhỏ hơn 100%.

Chọn đáp án B

******************

Trên đây là nội dung bài học Vật lí 12 Bài 34: Sơ lược về Laze do lyconguan.edu.vn biên soạn bao gồm phần lý thuyết, giải bài tập và các câu hỏi trắc nghiệm có đáp án đầy đủ. Hy vọng các em sẽ nắm vững kiến thức về Sơ lược về Laze. Chúc các em học tập thật tốt và luôn đạt điểm cao trong các bài thi bài kiểm tra trên lớp.

Biên soạn bởi: lyconguan.edu.vn

Chuyên mục: Vật Lý 12