Dựa vào các thông tin được cung cấp dưới đây để trả lời 3 câu hỏi sau:
Laser là một trong những thành tựu lớn nhất của Vật Lí hiện đại trong thế kỉ 21. Được phát minh vào những năm thập niên 60 của thế kỷ 20, ứng dụng của laser nhanh chóng tạo nên một cơ sốt rộng khắp trên nhiều lĩnh vực.
Laze là một nguồn ánh sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng. Trong y học, lợi dụng khả năng có thể tập trung năng lượng của chùm laze vào một vùng rất nhỏ, người ta đã dùng tia laze như một dao mổ trong phẫu thuật tinh vi như mắt, mạch máu,… Sử dụng tác dụng nhiệt của tia laze để chữa một số bệnh ngoài da. 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 vũ trụ…). Ngoài ra do có tính kết hợp và cường độ cao nên tia laze sử dụng rất tốt trong truyền tin bằng cáp quang. Trong trắc địa, laze được dùng để đo khoảng cách, ngắm đường thẳng … Ngoài ra, tia laze còn được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, bút chỉ bảng và trong các thí nghiệm quang học ở trường phổ thông.
Thực tế ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa ứng dụng nhiều công nghệ laser vào cuộc sống, do nước ta chưa tự chế tạo được các loại máy laser ứng dụng và giá thành các loại máy laser nhập khẩu ở thị trường nước ngoài khá cao. Hi vọng trong tương lai gần các kỹ sư công nghệ tại Việt Nam có thể chế tạo thành công các loại máy có ứng dụng công nghệ laser, từ đó làm giảm giá thành và tạo bước đệm cho các nghành công nghiệp nước ta phát triển mạnh mẽ.
Dựa vào các thông tin được cung cấp dưới đây để trả lời 3 câu hỏi sau:
Laser là một trong những thành tựu lớn nhất của Vật Lí hiện đại trong thế kỉ 21. Được phát minh vào những năm thập niên 60 của thế kỷ 20, ứng dụng của laser nhanh chóng tạo nên một cơ sốt rộng khắp trên nhiều lĩnh vực.
Laze là một nguồn ánh sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng. Trong y học, lợi dụng khả năng có thể tập trung năng lượng của chùm laze vào một vùng rất nhỏ, người ta đã dùng tia laze như một dao mổ trong phẫu thuật tinh vi như mắt, mạch máu,… Sử dụng tác dụng nhiệt của tia laze để chữa một số bệnh ngoài da. 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 vũ trụ…). Ngoài ra do có tính kết hợp và cường độ cao nên tia laze sử dụng rất tốt trong truyền tin bằng cáp quang. Trong trắc địa, laze được dùng để đo khoảng cách, ngắm đường thẳng … Ngoài ra, tia laze còn được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, bút chỉ bảng và trong các thí nghiệm quang học ở trường phổ thông.
Thực tế ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa ứng dụng nhiều công nghệ laser vào cuộc sống, do nước ta chưa tự chế tạo được các loại máy laser ứng dụng và giá thành các loại máy laser nhập khẩu ở thị trường nước ngoài khá cao. Hi vọng trong tương lai gần các kỹ sư công nghệ tại Việt Nam có thể chế tạo thành công các loại máy có ứng dụng công nghệ laser, từ đó làm giảm giá thành và tạo bước đệm cho các nghành công nghiệp nước ta phát triển mạnh mẽ.
Khi nói về tia Laze, phát biểu nào sau đây sai?
Khi nói về tia Laze, phát biểu nào sau đây sai?
Đáp án: A
Laze là máy khuếch đại ánh sáng dựa vào sự phát xạ cảm ứng.
Chùm sáng do laze phát ra có tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp cao và cường độ lớn.
Tia laze có các đặc điểm: tính định hướng cao, tính kết hợp cao, có cường độ lớn.
Khi nói về tia Laze, phát biểu sai là: tia laze là ánh sáng trắng.
Để đo khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng người ta dùng một laze phát ra những xung ánh sáng có bước sóng 0,52µm, chiếu về phía Mặt Trăng và đo khoảng thời gian giữa thời điểm xung được phát ra và thời điểm một máy thu đặt ở Trái Đất nhận được xung phản xạ. Thời gian kéo dài của một xung là T = 100ns và công suất của chùm laze là 105MW. Khoảng thời gian giữa thời điểm phát và nhận xung là 2,667s. Khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng lúc đó và số photon chứa trong mỗi xung ánh sáng là:
Để đo khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng người ta dùng một laze phát ra những xung ánh sáng có bước sóng 0,52µm, chiếu về phía Mặt Trăng và đo khoảng thời gian giữa thời điểm xung được phát ra và thời điểm một máy thu đặt ở Trái Đất nhận được xung phản xạ. Thời gian kéo dài của một xung là T = 100ns và công suất của chùm laze là 105MW. Khoảng thời gian giữa thời điểm phát và nhận xung là 2,667s. Khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng lúc đó và số photon chứa trong mỗi xung ánh sáng là:
Đáp án: B
Công thức tính quãng đường: \(S=v.t\)
Công thức tính công suất của chùm sáng: \(P=\frac{E}{t}=\frac{n.\frac{hc}{\lambda }}{t}\Rightarrow n=\frac{P.\lambda .t}{hc}\)
Gọi:
+ L là khoảng cách Trái Đất – Mặt Trăng
+ c = 3.108m/s là tốc độ ánh sáng
+ t là thời gian để ánh sáng đi từ Trái Đất – Mặt Trăng – Trái Đất (bằng khoảng thời gian giữa thời điểm phát và nhận xung)
Ta có: \(2.L=c.t\Rightarrow L=\frac{c.t}{2}=\frac{{{3.10}^{8}}.2,667}{2}={{4.10}^{8}}m=400\,000km\)
Năng lượng của n (photon): \(E=n.\frac{hc}{\lambda }\)
Công suất của chùm laze:
\(\begin{gathered}
P = \frac{E}{t} = \frac{{n.\frac{{hc}}{\lambda }}}{t} \hfill \\
\Rightarrow n = \frac{{P.t.\lambda }}{{hc}} = \frac{{{{10}^5}{{.10}^6}{{.100.10}^{ - 9}}{{.0,52.10}^{ - 6}}}}{{{{6,625.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}} = {2,62.10^{22}}\,\left( {hat} \right) \hfill \\
\end{gathered} \)
Người ta dùng một laze có công suất 12W phát ra chùm sáng có bước sóng λ để làm dao mổ. Tia laze chiếu vào chỗ mổ sẽ làm nước ở phần mô chỗ đó bốc hơi và mô bị cắt. Biết rằng để đốt được phần mô mềm có thể tích 6mm3 thì phần mô này cần hấp thụ hoàn toàn năng lượng của 45.4018 phôtôn của chùm laze trên. Coi năng lượng trung bình để đốt hoàn toàn 1 mm3 mô là 2,53J. Lấy h = 6,625.10-34 J.s. Nhiệt dung riêng của nước là 4186 J/kg. Nhiệt độ hóa hơi của nước là L = 2260 kJ/kg, nhiệt độ cơ thể là 370C, khối lượng riêng của nước 1000kg/m3. Thể tích nước mà tia laze làm bốc hơi trong 1s và giá trị của λ là:
Người ta dùng một laze có công suất 12W phát ra chùm sáng có bước sóng λ để làm dao mổ. Tia laze chiếu vào chỗ mổ sẽ làm nước ở phần mô chỗ đó bốc hơi và mô bị cắt. Biết rằng để đốt được phần mô mềm có thể tích 6mm3 thì phần mô này cần hấp thụ hoàn toàn năng lượng của 45.4018 phôtôn của chùm laze trên. Coi năng lượng trung bình để đốt hoàn toàn 1 mm3 mô là 2,53J. Lấy h = 6,625.10-34 J.s. Nhiệt dung riêng của nước là 4186 J/kg. Nhiệt độ hóa hơi của nước là L = 2260 kJ/kg, nhiệt độ cơ thể là 370C, khối lượng riêng của nước 1000kg/m3. Thể tích nước mà tia laze làm bốc hơi trong 1s và giá trị của λ là:
Đáp án: A
+ Công thức tính nhiệt lượng: \(Q=P.t\)
+ Nhiệt lượng thu vào để vật nóng lên: \({{Q}_{1}}=m.c.\Delta t\)
+ Công thức tính nhiệt hoá hơi: \({{Q}_{2}}=L.m\)
Trong đó, L là nhiệt hóa hơi riêng (J/kg) phụ thuộc bản chất của chất lỏng, đơn vị là jun trên kilôgam (J/kg); m là khối lượng của phần chất lỏng đã biến thành khí ở nhiệt độ sôi.
+ Công thức tính khối lượng riêng: \(D=\frac{m}{V}\)
+ Năng lượng của n photon: \(E=n.\varepsilon =n.\frac{hc}{\lambda }\Rightarrow \lambda =\frac{n.hc}{E}\)
Nhiệt lượng mà nước nhận được từ dao laze trong 1s:
\(Q=P.t=12.1=12J\)
Nhiệt lượng này chia thành hai phần, một phần làm nước tăng lên 1000C, phần còn lại làm nước hoá hơi.
Vậy ta có:
\(\begin{gathered}
Q = m.c.\Delta t + L.m \Rightarrow m = \frac{Q}{{c.\Delta t + L}} \hfill \\
\Rightarrow m = \frac{{12}}{{4186.\left( {100 - 37} \right) + {{2260.10}^3}}} = {4,755.10^{ - 6}}kg \hfill \\
\end{gathered} \)
Từ công thức liên hệ giữa khối lượng, lượng riêng riêng và thế tích ta tính được thể tích nước mà tia laze làm bốc hơi trong 1s:
\(m=D.V\Rightarrow V=\frac{m}{D}=\frac{{{4,755.10}^{-6}}}{{{10}^{3}}}={{4,755.10}^{-9}}{{m}^{3}}=4,755m{{m}^{3}}\)
Năng lượng cần để đốt 6mm3 mô mềm là: \(E=2,53.6=15,18\text{ }J\)
Năng lượng này do phôtôn chùm laze cung cấp: \(E={{n}_{p}}.\frac{hc}{\lambda }\)
Bước sóng do chùm sáng phát ra:
\(\lambda ={{n}_{p}}.\frac{hc}{E}={{45.10}^{18}}.\frac{{{6,625.10}^{-34}}{{.3.10}^{8}}}{15,18}={{589,1798.10}^{-9}}m=589nm\)
