90 bài tập về hiện tượng quang - phát quang. Sơ lược về laze (2024) có đáp án chi tiết nhất

Hiện tượng điện quang, phát quang. Sơ lược về laze

Kiến thức cần nhớ

1. Sơ lược về Laze

a. Laze là gì?

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

Đặc điểm của tia laze: có tính đơn sắc, tính kết hợp, tính định hướng cao và có cường độ lớn.

b. Một số ứng dụng của tia laze

− Tia laze có ưu thế đặc biệt trong thông tin liên lạc vô tuyến (như truyền thông tin bằng cáp quang, vô tuyến định vị, điều khiển con tàu vũ trụ,...).

− Tia laze được dùng như dao mổ trong phẫu thuật mắt, để chữa một số bệnh ngoài da (nhờ tác dụng nhiệt),...

− Tia laze được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, bút trỏ bảng. Các laze này thuộc loại laze bán dẫn.

− Ngoài ra, tia laze còn được dùng để khoan, cắt, tôi,... chính xác các vật liệu trong công nghiệp.

2. Sự phát quang

2.1. Hiện tượng phát quang

a. Sự phát quang.

Sự phát quang là một dạng phát ánh sáng rất phổ biến trong tự nhiên. Có một số chất (ở thể rắn, lỏng, hoặc khí) khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó, thì có khả năng phát ra các bức xạ điện từ trong miền ánh sáng nhìn thấy. Các hiện tượng đó được gọi là sự phát quang.

b. Các loại phát quang.

Hiện tượng quang−phát quang: là hiện tượng một số chất có khả năng hấp thụ ánh sáng kích thích có bước sóng này để phát ra ánh sáng có bước sóng khác. Ví dụ: Nếu chiếu một chùm bức xạ tử ngoại vào một ống nghiệm đựng dung dịch fluorexêin thì dung dịch này sẽ phát ra ánh sang màu lục. Ở đây, bức xạ tử ngoại là ánh sáng kích thích, còn ánh sáng màu lục do fluorexêin phát ra là ánh sáng phát quang.

Hiện tượng hóa−phát quang. VD: phát quang ở con đom đóm, phát quang catôt ở màn hình tivi, sự phát ánh sáng của phôtpho bị ôxi hoá trong không khí.

Hiện tượng điện − phát quang ở đèn LED...

c. Hai đặc điểm quan trọng của sự phát quang.

+ Mỗi chất phát quang có một quang phổ đặc trưng cho nó.

+ Sau khi ngừng kích thích, sự phát quang của một số chất còn tiếp tục kéo dài thêm một khoảng thời gian nào đó, rồi mới ngừng hẳn.

Khoảng thời gian từ lúc ngừng kích thích cho đến lúc ngừng phát quang gọi là then gian phát quang. Tuỳ theo chất phát quang mà thời gian phát quang có thể kéo dài từ 10⁻¹⁰ s đến vài ngày.

Chú ý: Sự phát quang xảy ra ở nhiệt độ bình thường.

2.2. Các dạng quang−phát quang: lân quang và huỳnh quang

Người ta thấy có hai loại quang−phát quang, tuỳ theo thời gian phát quang: đó là huỳnh quang và lân quang.

a. Huỳnh quang là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10⁻⁸s). Nghĩa là ánh sáng phát quang hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích. Nó thường xảy ra với chất lỏng và chất khí.

b. Lân quang là sự phát quang có thời gian phát quang dài (10⁻⁸s trở lên); nó thường xảy ra với chất rắn. Các chất rắn phát quang loại này gọi là chất lân quang.

Chú ý:

+ Chất lỏng fluorexein khi được chiếu sáng bằng tia tử ngoại thì phát ánh sáng màu lục và ngưng phát sáng rất nhanh sau khi ngừng chiếu sáng.

+ Tinh thể kẽm sunfua khi được chiếu sáng bằng tia tử ngoại, hoặc bằng tia Rơn−ghen, thì phát ra ánh sáng nhìn thấy.

2.3. Định luật xtốc về sự phát quang

Ánh sáng phát quang có bước sóng λ’ dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích λ: λ’ > λ.

Giải thích: Mỗi nguyên tử hay phân tử của chất phát quang hấp thụ hoàn toàn một photon của ánh sáng kích thích có năng lượng hc/λ để chuyển sang trạng thái kích thích. Khi ở trong trạng thái kích thích, nguyên tử hay phân tử này có thể va chạm với các nguyên tử hay phân tử khác và bị mất một phần năng lượng. Khi trở về trạng thái bình thường nó sẽ phát ra một photon có năng lượng hc/ λ’ nhỏ hon: hc/ λ’ < hc/A $\Rightarrow$ λ’> λ.

2.4. Ứng dụng

Các loại hiện tượng phát quang có rất nhiều ứng dụng trong khoa học, kĩ thuật và đời sống, như sử dụng trong các đèn ống để thắp sáng, trong các màn hình của dao động kí điện tử, của tivi, máy tính, sử dụng sơn phát quang quét trên các biển báo giao thông.

Chú ý: Các loại son vàng, xanh, đỏ... quét trên một số biển báo giao thông, hoặc ở đầu các cọc chỉ giới đường có thể là chất lân quang có thời gian kéo dài khoảng vài phần mười giây.

Các dạng bài tập về hiện tượng quang - phát quang. Sơ lược về laze

1. Hiện tượng phát quang

Một số chất hấp thụ ánh sáng (hoặc bức xạ điện từ) bước sóng này để rồi phát ra ánh sáng có bước sóng khác, gọi là hiện tượng quang − phát quang.

* Hai loại quang − phát quang:

Sự huỳnh quang: sự phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10⁻⁸s). Nó thường xảy ra với chất lỏng và chất khí.

Sự lân quang: là sự phát quang có thời gian phát quang dài (10⁻⁸ s trở lên); nó thường xảy ra với chất rắn.

*Định luật Xtốc: Bước sóng λ’ của ánh sáng phát quang bao giờ cũng lớn hơn bước sóng λ của ánh sáng kích thích: $\lambda \text{'}>\lambda \iff e\text{'}<\epsilon \iff$ f < f.

Gọi N, N’ lần lượt là số phôtôn kích thích chiếu vào trong 1 s và số phôtôn phát quang phát ra trong 1 s.

Công suất của chùm sáng kích thích và chùm sáng phát quang lần lượt là:

$\left\{\begin{array}{l}P=N\epsilon =n\frac{hc}{\lambda }\\ P\text{'}=N\text{'}\epsilon \text{'}=N\text{'}\frac{hc}{\lambda \text{'}}\end{array}\right.\Rightarrow \frac{P\text{'}}{P}=\frac{N\text{'}}{N}\frac{\epsilon \text{'}}{\epsilon }=\frac{N\text{'}}{N}\frac{\lambda \text{'}}{\lambda }$

2. Laser

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

4 đặc điểm của cliùm tia laze:

* Tia laze là chùm sáng kết hợp.

* Tia laze có tính đon sắc.

* Chùm tia laze khi truyền trong các môi trường thông thường (không khí, nước,..) là chùm sáng song song (có tính định hướng cao).

* Chùm tia laze có cường độ lớn.

Ứng dụng của laze:

Trong y học, laze dùng như một dao mỗ trong các phẩu thuật tinh vi như mắt, mạch máu,... Ngoài ra laze dùng để chữa một số bệnh ngoài da nhờ vào tác dụng nhiệt.

Trong thông tin liên lạc, laze dùng trong liên lạc vô tuyến, điều khiển các con tàu vũ trụ, truyền thông tin bằng cáp quang,...

Trong công nghiệp, laze dùng để cắt, khoan, tôi kim loại,...

Trong trắc địa, laze dùng trong các công việc đo khoảng cách, tam giác đạc, ngắm đường thẳng,

* Laze còn được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, bút trỏ bảng, trong thí nghiệm về quang học,

Bài tập tự luyện 

Câu 1: 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

- 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

Câu 2: 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

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

Chọn đáp án A

Câu 3: 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

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

Chọn đáp án D

Câu 4: 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

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

Chọn đáp án B

Câu 5: Hiệu suất của một laze:

A lớn hơn 100%        B. nhỏ hơn 100%

C. bằng 100%        D. rất lơn so với 100%

- Hiệu suất của một laze nhỏ hơn 100%.

Chọn đáp án B

Câu 6: 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

- 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

Câu 7: 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

- 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

Câu 8: 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

- 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

Câu 9: 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

- 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

Câu 10: 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

Chọn đáp án D

Câu 11: 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

Câu 12: 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.

- 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

Câu 13: 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

- 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

Câu 14: 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.

- 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

Câu 15: 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.

- Chiều sâu cực đại của vết cắt là:

Chọn đáp án C

Xem thêm các dạng câu hỏi và bài tập liên quan khác

100 Bài tập về dao động điều hòa phần 1 (có đáp án)

100 bài tập về dao động điều hòa phần 2 (có đáp án)

100 bài tập về giao thoa sóng cơ (có đáp án)

100 bài tập về mạch dao động điện từ LC (có đáp án)

90 bài tập về hiện tượng quang - phát quang. Sơ lược về laze (có đáp án)