Bài tập vật lí lớp 12 tia x, lượng tử ánh sáng, vật lí phổ thông

T.Trường · 24/11/16

Bài tập tia x, tia Laze, quang phát quang. Các dạng bài toán tia x, tia Laze, quang phát quang vật lí lớp 12 chương lượng tử ánh sáng ôn thi Quốc gia.
I/ Tóm tắt lý thuyết

1/ Cách tạo ra tia X
Sử dụng ống Cu-lít-giơ

Ống Cu-lít-giơ là ống thủy tinh bên trong là chân không.

Dây FF’ bằng vonfam có tác dụng làm nguồn phát electron

Hai điện cực bằng kim loại K: catốt (cực âm); A: anốt (cực dương)

2/ Các công thức tia X, tia Rơn-ghen
a/ Động năng của electron khi đến được anot

W$_{e}$ = 0,5mv² = W_o + |e|U
Trong đó:

W_o: động năng ban đầu của các electron khi vừa bứt ra khỏi catôt (rất nhỏ)

U: hiệu điện thế giữa Anot và catot (V)

v: vận tốc của electron tại Anot (m/s)

b/ Lượng tử năng lượng của tia X, tần số tia X:
Các electron này sau khi đập vào bề mặt anốt (đối catốt), xuyên sâu những lớp bên trong của vỏ nguyên tử, tương tác với hạt nhân nguyên tử và các electron của các lớp này, làm cho nguyên tử chuyển lên trạng thái kích thích. Thời gian tồn tại ở trạng thái kích thích rất ngắn (cỡ 10^-8 s) nguyên tử nhanh chóng chuyển về trạng thái có năng lượng thấp hơn và phát ra phôtôn của tia X có năng lượng

ε = hf = \[\dfrac{{hc}}{\lambda }\]
Điều kiện để phát tia X:

ε ≤ W$_{e}$ => ε$_{max}$ = hf$_{max}$ = \[\dfrac{{hc}}{{{\lambda _{\min }}}}\] = W$_{e}$
(Đây là trường hợp thuận lợi nhất, electron của chùm electron truyền toàn bộ động năng cho 1 nguyên tử kim loại của đối catốt đang ở trạng thái cơ bản và nguyên tử kim loại chuyển lên trạng thái kích thích sau đó nguyên tử chuyển về trạng thái cơ bản để phát ra photon ε$_{max}$).
c/ Nhiệt lượng anốt nhận được
- Cường độ dòng điện trong ống

I = \[\dfrac{n|e|}{t}\]
- Phần trăm số hạt e đập vào catot

a = \[\dfrac{n_{a}}{n}\] => n$_{a}$ = a.n
- Tổng động năng đập vào anốt trong 1 s là

W = \[\dfrac{n_a}{t}\]W$_{e}$
- Nhiệt lượng tỏa ra trên anot

Q = H.W$_{e}$.t = t.Q₁
Trong đó:

I: cường độ dòng điện trong ống Culitgiơ (A)

t: thời gian dòng điện chạy qua ống (s)

n: số hạt electron bứt ra khỏi catot

n$_{a}$: số hạt electron đến được anot

Q₁ = H.W: nhiệt lượng tỏa ra ở anot trong 1giây (J)

H: phần trăm động năng chuyển thành nhiệt năng

W:tổng động năng đập vào anot trong 1s (J)

c/ Định luật Stốc hiện tượng quang phát quang
- Định luật Stốc: Bước sóng λ’ của ánh sáng phát quang bao giờ cũng lớn hơn bước sóng λ của ánh sáng kích thích:

λ’ > λ => ε’ < ε => f’ < f.
- Công suất chùm sáng kích thích:

P = Nε = \[\dfrac{N}{t}\varepsilon \]
- Công suất của chùm sáng phát quang

P' =N'ε' = \[\dfrac{N'}{t}\varepsilon ' \]
- Hiệu suất phát quang:

h = \[\dfrac{P'}{P} \] = \[\dfrac{N'}{N} \]=\[\dfrac{\varepsilon '}{\varepsilon } \] =\[\dfrac{\lambda }{{\lambda '}}\]
Trong đó:

N: số hạt photo của ánh sáng kích thích chiếu vào bề mặt kim loại trong khoảng thời gian t

N': số hạt photo của ánh sáng phát quang bật ra khỏi bề mặt kim loại trong khoảng thời gian t

II/ Bài tập tia x, tia Laze, quang phát quang.
Bài tập 1. Ống Rơnghen đặt dưới hiệu điện thế U$_{AK}$ = 19995 V. Động năng ban đầu của của các electron khi bứt ra khỏi catôt là 8.10^-19 J. Tính bước sóng ngắn nhất của tia X mà ống có thể phát ra.
A. 62,11 pm.
B. 82,81 pm.
C. 66,25 pm.
D. 110,42 pm.

$$\dfrac{{hc}}{{{\lambda _{\min }}}}$$ = W_o + |e|U => λ$_{min}$ = 62,11.120^-12 (m)

Bài tập 2. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của một ống Rơnghen là U = 25 kV. Coi tốc độ ban đầu của chùm êlectrôn (êlectron) phát ra từ catốt bằng không. Biết hằng số Plăng h = 6,625.10^-34 J.s, điện tích nguyên tố bằng 1,6.10^-19 C. Tần số lớn nhất của tia Rơnghen do ống này có thể phát ra là
A. 6,038.10¹⁵ Hz.
B. 6,038.10¹⁸ Hz.
C. 60,380.10¹⁵ Hz.
D. 60,380.10¹⁸ Hz.

hf$_{max}$ = |e|U => f$_{max}$ = 6,308.10¹⁸(Hz)

Bài tập 3. Trong một ống Rơnghen, tốc độ của mỗi hạt đập vào đối catốt là 8.10⁷ (m/s). Biết khối lượng êlectrôn, tốc độ ánh sáng trong chân không và hằng số Plăng lần lượt là 9,1.10$^{-31}$kg, 3.10⁸ m/s và 6,625.10^-34 J.s. Tính bước sóng nhỏ nhất trong chùm tia Rơnghen do ống phát ra.
A. 0,6824 A^o.
B. 0,6825 A^o.
C. 0,6827 A^o.
D. 0,6826 A^o.

$$\dfrac{{hc}}{{{\lambda _{\min }}}}$$=$$\dfrac{1}{2}m{v^2}$$=> λ$_{min}$ = 0,6825.10^-10 (m)

Bài tập 4. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của một ống Rơnghen là 18,75 kV. Biết độ lớn điện tích êlectrôn, tốc độ ánh sáng trong chân không và hằng số Plăng lần lượt là 1,6.10^-19 C, 3.10⁸ m/s và 6,625.10^-34 J.s. Bỏ qua động năng ban đầu của êlectrôn. Bước sóng nhỏ nhất của tia Rơnghen do ống phát ra là
A. 0,4625 nm.
B. 66,25 pm.
C. 5,625 nm.
D. 0,6625 pm.

$$\dfrac{{hc}}{{{\lambda _{\min }}}}$$ = |e|U => λ$_{min}$ = 66,25.10^-12 (m)

Bài tập 5. Một ống Rơnghen phát ra bức xạ có bước sóng ngắn nhất là 6,21.10^-11 m. Biết độ lớn điện tích electrôn (electron), tốc độ ánh sáng trong chân không và hằng số Plăng lần lượt là 1,6.10$^{-19 }$C; 3.10⁸ m/s và 6,625.10$^{-34 }$J.s. Bỏ qua động năng ban đầu của êlectrôn. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của ống là
A. 20,00 kV.
B. 21,15 kV.
C. 2,00 kV.
D. 2,15 kV.

$$\dfrac{{hc}}{{{\lambda _{\min }}}}$$ = |e|U => U = 20.10³ (V)

Bài tập 6. Tốc độ của êlectron khi đập vào anôt của một ống Rơn-ghen là 45.10⁶ m/s. Để tăng tốc độ thêm 5.10⁶ m/s thì phải tăng hiệu điện thế đặt vào ống một lượng
A. 1,35 kV.
B. 1,45 kV.
C. 6,2 kV.
D. 4,5 kV.

$$\dfrac{1}{2}m{v^2}$$=|e|U => \[U = \dfrac{{m{v^2}}}{{2\left| e \right|}}\]
=> ΔU = U₂ – U₁ = $$\dfrac{m}{{2\left| e \right|}}(v_2^2 – v_1^2) = 1,{35.10^3}(V)$$

Bài tập 7. Một ống tia Rơnghen phát được bức xạ có bước sóng nhỏ nhất là 5.10^-10 m. Để tăng độ cứng của tia Rơnghen người ta cho hiệu điện thế giữa hai cực của ống tăng thêm ΔU = 500 V. Biết độ lớn điện tích êlectrôn (êlectron), tốc độ ánh sáng trong chân không và hằng số Plăng lần lượt là 1,6.10^-19 C; 3.10⁸ m/s và 6,625.10^-34 J.s. Bỏ qua động năng ban đầu của êlectrôn. Bước sóng ngắn nhất của tia đó là
A. 3,13.10^-9 m.
B. 3,13.10^-10 m.
C. 4,16.10^-10 m.
D. 4,16.10^-9 m.

$$\dfrac{{hc}}{{{\lambda _{1\min }}}}$$ = |e|U; $$\dfrac{{hc}}{{{\lambda _{2\min }}}}$$=|e|(U + ΔU)
=> \[{\lambda _{2\min }} = \dfrac{{hc}}{{\left| e \right|U + \left| e \right|\Delta U}} = \dfrac{{hc}}{{\dfrac{{hc}}{{{\lambda _{1\min }}}} + \left| e \right|\Delta U}} = 4,{16.10^{ – 10}}(m)\]

Bài tập 8. Một ống Rơnghen, cường độ dòng điện qua ống I = 0,01 (A), tính số phôtôn Rơnghen phát ra trong một giây. Biết rằng chỉ có 0,8% electron đập vào đối catot là làm bức xạ ra phô tôn Rơnghen
A. 625.10¹⁴.
B. 2,3.10¹⁷.
C. 5.10¹⁴.
D. 2,4.10¹⁷.

$$n = \dfrac{I}{{\left| e \right|}} = {625.10^{14}}$$ => n$_{p}$ = $$\dfrac{{0,8}}{{100}}n = {5.10^{14}}$$

Bài tập 9. Một ống Rơn-ghen trong mỗi giây bức xạ ra N = 3.10¹⁴ phôtôn. Những phôtôn có năng lượng trung bình ứng với bước sóng 10$^{–10}$ m. Hiệu điện thế đặt vào hai đầu ống là 50 kV. Cường độ dòng điện chạy qua ống là 1,5.10$^{–3}$A. Người ta gọi tỉ số giữa năng lượng bức xạ dưới dạng tia Rơn–ghen và năng lượng tiêu thụ của ống Rơn-ghen là hiệu suất của ống. Hiệu suất của trường hợp này là
A. 60%.
B. 0,8%.
C. 3%.
D. 0,2%.

Công suất điện mà ống tiêu thụ được tính: P = UI.
Năng lượng trung bình của mỗi phôtôn $$\varepsilon = \dfrac{{hc}}{\lambda }$$
Công suất phát xạ của chùm tia Rơn–ghen là P’ = Nε
Hiệu suất của ống: $$H = \dfrac{{P’}}{P} = \dfrac{{Nhc}}{{\lambda UI}} = {8.10^{ – 3}} = 0,8% $$

Bài tập 10. Trong một ống Rơnghen, số electron đập vào đối catốt trong mỗi giây là 5.10¹⁵ hạt, hiệu điện thế giữa anốt và catốt là 18000 V. Bỏ qua động năng của electron khi bứt ra khỏi catốt. Điện tích electron là 1,6.10^-19 (C). Tính tổng động năng của electron đập vào đối catốt trong một giây.
A. 14,4 J.
B. 12,4 J.
C. 10,4 J.
D. 9,6 J.

W = n|e|U = 14,4 (J)

Bài tập 11. Trong một ống Rơnghen, số electron đập vào đối catốt trong mỗi giây là 10¹⁵ hạt, tốc độ của mỗi hạt đập vào đối catốt là 8.10⁷ (m/s). Khối lượng của electron là me = 9,1.10$^{-31}$(kg). Tính tổng động năng của electron đập vào đối catốt trong một giây.
A. 2,732 J.
B. 2,912 J.
C. 2,815 J.
D. 2,563 J.

W =n$$\dfrac{1}{2}m{v^2}$$ = 2,912 (J)

Bài tập 12. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của ống Rơnghen là 18 kV, dòng tia âm cực có cường độ 5 mA. Bỏ qua động năng của electron khi bứt ra khỏi catot. Tổng động năng electron đập vào đối catốt trong 1s là:
A. 4,5 (J).
B. 9 (J).
C. 90 (J).
D. 45 (J).

W=n|e|U$_{AK}$ = I.U$_{AK}$ = 90 (J)

Bài tập 13. Để tạo ra tia X người ta dùng ống Cu–lit–giơ. Khi đặt một hiệu điện thế vào anot và catot của ống Cu–lit–giơ thì cường độ dòng điện chạy qua ống này là I = 40 mA và tốc độ của electron khi tới anot là v = 8.10⁷ m/s. Bỏ qua tốc độ ban đầu của electron khi bật ra khỏi catot. Cho điện tích và khối lượng của electron e = –1,6.10^-19 C, m = 9,1.10$^{–31}$ kg. Công suất trung bình của ống Cu– lit–giơ là
A. 732 W.
B. 728 W.
C. 730 W.
D. 734 W.

Công suất trung bình của ống xấp xỉ bằng tổng động năng electron đập vào anốt trong 1 s:
W =n$$\dfrac{1}{2}m{v^2}$$ = $$\dfrac{I}{{\left| e \right|}}\dfrac{1}{2}m{v^2}$$= 728 (W)

Bài tập 14. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt của ống Rơnghen là 15 kV, dòng tia âm cực có cường độ 5 mA. Bỏ qua động năng của electron khi bứt ra khỏi catot. Giả sử 99% động năng của electron đập vào đối catốt chuyển thành nhiệt năng đốt nóng đối catốt và bỏ qua bức xạ nhiệt. Nhiệt lượng đối catốt nhận được trong 1s là
A. 74,25 (J).
B. 74,5 (J).
C. 72,25 (J).
D. 45,75 (J).

W = n|e|U$_{AK}$ = I.U$_{AK}$ = 75(J) => Q₁ = HW = 74,25 (J)

Bài tập 15. Một ống Rơnghen phát tia X có bước sóng ngắn nhất 5.10^-10 m. Bỏ qua vận tốc ban đầu của các electron khi bứt ra khỏi catốt. Giả sử 98% động năng của các electron biến thành nhiệt làm nóng đối catốt và cường độ dòng điện chạy qua ống là I = 2 mA. Biết độ lớn điện tích êlectrôn (êlectron), tốc độ ánh sáng trong chân không và hằng số Plăng lần lượt là 1,6.10^-19 C; 3.10⁸ m/s và 6,625.10^-34 J.s. Nhiệt lượng tỏa ra trên đối catốt trong 1 phút là
A. 92,813 J.
B. 292,1625 J.
C. 29,813 J.
D. 298,125 J.

Q₁ = HW = HnW$_{e}$ = $$H\dfrac{I}{{\left| e \right|}}\dfrac{{hc}}{{{\lambda _{\min }}}}$$ =4,869375 (J)
Q = Q₁.t = 292,1625 (J)

Bài tập 16. Trong mỗi giây tổng động năng của electron đập vào đối catốt là 10 J. Đối catốt có khối lương 0,33 kg, có nhiệt dung riêng là 120 (J/kg^oC). Giả sử 99% động năng của electron đập vào đối catốt chuyển thành nhiệt năng đốt nóng đối catốt và bỏ qua bức xạ nhiệt. Hỏi sau bao lâu nhiệt độ đối catốt tăng thêm 1000^oC.
A. 53,3 phút.
B. 4000 s.
C. 53,4 phút.
D. 4900 s.

Áp dụng Q₁ = tQ₁ = cmΔt => $$t = \dfrac{{cm\Delta t}}{{HW}} = 4000(s)$$

Bài tập 17. Trong một ống Rơn-ghen, khi hiệu điện thế giữa anôt và catôt là 1,2 kV thì cường độ dòng điện đi qua ống là 0,8 mA. Đối catôt là một bản platin có diện tích 1 cm², dày 2 mm, có khối lượng riêng D = 21.10³ kg/m³ và nhiệt dung riêng c = 0,12kJ /kg.K, H = 50%. Nhiệt độ của bản platin sẽ tăng thêm 500^oC sau khoảng thời gian là
A. 222,6 s.
B. 162,6 s.
C. 262,6 s.
D. 242,6 s.

Q₁ = tQ₁ = cmΔt => $$t = \dfrac{{cm\Delta t}}{{HW}} = \dfrac{{cDSd\Delta t}}{{HUI}} = 262,6(s)$$

Bài tập 18. Một ống Cu-lít-giơ có điện áp giữa hai đầu ống là 10 KV với dòng điện trong ống là 1 mA Coi rằng chỉ có 99% số e đập vào đối catốt chuyển nhiệt năng đốt nóng đối catot. Cho khối lượng của đối catốt là 100 g và nhiệt dung riêng là 120J/kgđộ. Sau một phút hoạt động thì đối catốt nóng thêm bao nhiêu độ?
A. 4,6^o C.
B. 49,5^o C.
C. 4,95^o C.
D. 46^o C.

Q₁ = tQ₁ = cmΔt => $$\Delta t = \dfrac{{t{Q_1}}}{{cm}} = \dfrac{{tHUI}}{{cm}} = 49,{5^0}C$$

Bài tập 19. Hiệu điện thế giữa hai cực của ống Rơnghen là 16,6 (kV), cường độ dòng điện qua ống là 20 mA. Coi electron thoát ra có tốc độ ban đầu không đáng kể. Đối catốt được làm nguội bằng dòng nước chảy luồn bên trong. Nhiệt độ nước ở lối ra cao hơn lối vào là 20^oC. Giả sử có 99% động năng electron đập vào đối catốt chuyển thành nhiệt đốt nóng đối catốt. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4186 (J/kgK). Tính lưu lượng của dòng nước đó theo đơn vị g/s.
A. 3,7(g/s).
B. 3,9(g/s).
C. 3,8 (g/s).
D. 3,6(g/s).

Áp dụng Q₁ = HnW$_{e}$ = HIU = cmΔt^o => $$m = \dfrac{{HIU}}{{c\Delta t}} = 3,{9.10^{ – 3}}(kg/s) = 3,9(g/s)$$

Bài tập 20. Một chất có khả năng phát ra ánh sáng phát quang với tần số 6.10¹⁴ Hz. Khi dùng ánh sáng có bước sóng nào dưới đây để kích thích thì chất này không thể phát quang?
A/ 0,38 µm.
B/ 0,40 µm.
C/ 0,45 µm.
D/ 0,55 µm.

$$\lambda ' = \dfrac{{{{3.10}^8}}}{{f’}} = 0,5\mu m$$ => chọn D

Bài tập 21. Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,3 µm vào một chất thì chất đó phát quang ánh sáng có bước sóng 0,5 µm. Cho rằng công suất của ánh sáng phát quang chỉ bằng 0,01 công suất của chùm sáng kích thích. Để có một phôtôn ánh sáng phát quang phát ra thì số phôtôn ánh sáng kích thích chiếu vào là
A. 133.
B. 25.
C. 60.
D. 600.

\[0,01 = \dfrac{{N’}}{N}\dfrac{\lambda }{{\lambda ‘}}\] => N = 60

Bài tập 22. Chiếu bức xạ đơn sắc có bước sóng λ vào một chất thì chất đó phát quang ánh sáng có bước sóng 0,5 µm. Cho rằng công suất của ánh sáng phát quang chỉ bằng 0,01 công suất của chùm kích thích và nếu có 3000 phôtôn ánh sáng kích thích chiếu vào thì có 75 phôtôn ánh sáng phát quang phát ra. Giá trị của λ là
A. 0,2 µm.
B. 0,3 µm.
C. 0,25 µm.
D. 0,18 µm.

\[0,01 = \dfrac{{N’}}{N}\dfrac{\lambda }{{\lambda ‘}}\] => λ = 0,2 (µm)

Bài tập 23. Chiếu ánh sáng có bước sóng 0,26 µm vào một chất thì chất đó phát quang ánh sáng có bước sóng 0,52 µm. Nếu số phôtôn ánh sáng kích thích chiếu vào là 100 thì số phôtôn ánh sáng phát quang phát ra là 4. Hỏi công suất của ánh sáng phát quang bằng bao nhiêu phần trăm công suất của chùm sáng kích thích?
A. 4%.
B. 2%.
C. 10%.
D. 60%.

\[\dfrac{{P’}}{P} = \dfrac{{N’}}{N}\dfrac{\lambda }{{\lambda ‘}}\]= 2%

Bài tập 24. Một chất phát quang được kích thích bằng ánh sáng có bước sóng 0,26 µm thì phát ra ánh sáng có bước sóng 0,52 µm. Giả sử công suất của chùm sáng phát quang bằng 20% công suất của chùm sáng kích thích. Tỉ số giữa số phôtôn ánh sáng phát quang và số phôtôn ánh sáng kích thích trong cùng một khoảng thời gian là
A. 1/5.
B. 2/5.
C. 1/10.
D. 4/5.

\[0,2 = \dfrac{{N’}}{N}\dfrac{\lambda }{{\lambda ‘}}\]=>\[\dfrac{{N’}}{N} = \dfrac{2}{5}\]

Bài tập 25. 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 t_o = 30^o, nhiệt dung riêng của thép c = 448J/kg.độ, nhiệt nóng chảy của thép L = 270 kJ/kg, điểm nóng chảy của thép T$_{c}$ = 1535^oC. 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 cần thiết để đưa khối thép lên điểm nóng chảy: Q₁ = mc(T$_{c}$ – t_o) = 1.448.(1535 – 30) = 674240 J.
Nhiệt lượng cần thiết để chuyển khối thép từ thể rắn sang thể lỏng ở điểm nóng chảy: Q₂= m.L = 1. 270.103 = 270000 J.
Tổng nhiệt lượng để nấu chảy hoàn toàn khối thép: Q = Q₁ + Q2 = 944240 J.
Thời gian cần để nấu chảy khối thép $$t = \dfrac{Q}{P} = \dfrac{{944240}}{{10}}\dfrac{{1(h)}}{{3600}} = 26(h)$$

Bài tập 26. 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 t_o = 30^oC. 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^oC. Bỏ qua mọi hao phí. Tính thời gian khoan thép.
A. 1,16 s
B. 1,18 s
C. 1,26 s
D. 2,16 s

Thể tích thép cần nấu chảy là $$V = \dfrac{{\pi {d^2}e}}{4} = 1,{57.10^{ – 19}}({m^3})$$
Khối lượng thép cần nấy chảy là m = V.ρ = 122,46.10^-7(kg)
Nhiệt lượng cần thiết để đưa khối thép từ nhiệt độ ban đầu lên điểm nóng chảy là Q₁ = mc(T$_{C}$ – t_o) = 8,257 (J)
Nhiệt lượng cần thiết để chuyển khối thép từ thể rắn sang thể lỏng ở nhiệt độ nóng chảy là Q₂ = mλ = 3,306 (J)
Nhiệt lượng cần thiết để chuyển khối thép từ nhiệt độ ban đầu cho đên khi nóng chảy là Q = Q₁ + Q₂ = 11,563 (J)
Thời gian khoan thép là $$t = \dfrac{Q}{P} = 1,16(s)$$

Bài tập 27. Nước có nhiệt dung riêng c = 4,18 kJ/kg.độ, nhiệt hóa hơi L = 2260 kJ/kg, khối lượng riêng D = 1000 kg/m³. Để làm bốc hơi hoàn toàn 1 mm³ nước ở nhiệt độ ban đầu 37^oC trong khoảng thời gian 1 s bằng laze thì laze này phải có công suất bằng
A. 1,5 W.
B. 4,5 W.
C. 2,5 W.
D. 3,5 W.

Khối lượng của 1mm³ nước: m = V.D = 10$^{–9}$.1000 = 10$^{–6}$ kg.
Nhiệt lượng cần cung cấp để đưa 1mm³ nước từ 37^oC lên điểm hóa hơi: Q1 = mc(T$_{c}$ – t_o) = 10$^{–6}$. 4,18.10³.(100 – 37) = 0,26334 J.
Sau đó, nhiệt lượng cần cung cấp để chuyển 1mm³ nước từ thể lỏng sang thể hơi:
Q₂ = m.L = 10$^{–6}$. 2260.10³ = 2,26 J.
Nhiệt lượng tổng cộng để chuyển toàn bộ 1mm³ nước từ thể lỏng sang thể hơi là: Q = Q1 + Q2 = 2,52334 J.
Công suất của laze: $$P = \dfrac{Q}{t} = 2,5(W)$$

Bài tập 28. Một laze có công suất 10 W làm bốc hơi một lượng nước ở 30^oC. 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. 4,4 mm³ .
B. 3,9 mm³ .
C. 5,4 mm³ .
D. 5,6 mm³ .

Khối lượng của 1mm3 nước: m = VD = 10$^{–9}$.1000 = 10$^{–6 }$kg.
Nhiệt lượng cần cung cấp để đưa 1mm3 nước từ 300C lên điểm hóa hơi: Q₁ = mc(T$_{c}$ – t_o) = 10$^{–6}$. 4,18.10³.(100 – 30) = 0,2926 J.
Sau đó, nhiệt lượng cần cung cấp để chuyển 1mm3 nước từ thể lỏng sang thể hơi: Q₂ = m.L = 10$^{–6}$. 2260.10³ = 2,26 J.
Nhiệt lượng tổng cộng để chuyển toàn bộ 1mm3 nước từ thể lỏng sang thể hơi là: Q = Q₁ + Q₂ = 2,5526 J.
Với công suất 10 W, trong 1s nước sẽ nhận được nhiệt lượng từ tia laze: Q’ = P.t = 10.1 = 10 J.
Thể tích nước có thể bốc hơi trong 1 s là: $$n = \dfrac{{{Q_1}}}{Q} = 3,9(m{m^3})$$

Bài tập 29. 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. 3,5 mm.
B. 4 mm.
C. 1 mm.
D. 2 mm.

Vì chùm laze di chuyển với vận tốc v = 0,5 cm/s trên bề mặt của mô mềm nên trong 1s nó dịch chuyển được một đoạn L = v.t = 0,5.1 = 0,5 cm = 5 mm.
Vì chùm laze có bán kính r = 0,1 mm nên khi dịch chuyển, trong 1 s nó sẽ tạo ra vùng cắt có diện tích: S = 2r.L = 2.0,1.5 = 1 mm².
Độ sâu viết cắt $$h = \dfrac{V}{S} = 3,5(mm)$$

Bài tập 30. Để đo khoảng cách từ Trái Đất lên Mặt Trăng người ta dùng một tia laze phát ra những xung ánh sáng có bước sóng 0,52 µm, chiếu về phía Mặt Trăng. Thời gian kéo dài mỗi xung là 10^-7 (s) và công suất của chùm laze là 100000 MW. Biết tốc độ ánh sáng trong chân không và hằng số Plăng lần lượt là c =3.10⁸ m/s và h = 6,625.10^-34J.s. Số phôtôn chứa trong mỗi xung là
A. 2,62.10²² hạt.
B. 2,62.10²⁹ hạt.
C. 5,2.10²⁰ hạt.
D. 2,62.10¹⁵ hạt.

$$N = \dfrac{{{W_0}}}{\varepsilon } = \dfrac{{Pt}}{\varepsilon } = \dfrac{{tP\lambda }}{{hc}} = 2,{62.10^{22}}$$

Bài tập 31. Một chất phát quang có khả năng phát ra ánh sáng màu vàng lục khi được kích thích phát sáng. Hỏi khi chiếu vào chất đó ánh sáng đơn sắc nào dưới đây thì chất đó sẽ phát quang?
A. Lục.
B. Da cam.
C. Đỏ.
D. Vàng.

Ánh sáng kích thích phải có bước sóng nhỏ hơn ánh sáng phát quang => chọn A

Bài tập 32. Khi chiếu chùm tia tử ngoại vào một ống nghiệm đựng dung dịch fluorexêin thì thấy dung dịch này phát ra ánh sáng màu lục. Đó là hiện tượng
A. Hóa – phát quang.
B. Phản xạ ánh sáng.
C. Tán sắc ánh sáng.
D. Quang – phát quang.

Theo định nghĩa, 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

Bài tập 33. Đặc điểm nào sau đây không phải của tia laze?
A. Có tính đơn sắc cao.
B. Có tính định hướng cao.
C. Không bị khúc xạ khi đi qua lăng kính.
D. Có mật độ công suất lớn (cường độ mạnh).

Tia laze cũng bị khúc xạ khi đi qua lăng kính

Bài tập 34. Tìm phát biểu sai liên quan đến tia laze:
A. Tia laze là chùm sáng song song.
B. Gây ra hiện tượng quang điện với hầu hết các kim loại.
C. Tia laze là chùm sáng có độ đơn sắc cao.
D. Tia laze là chùm sáng kết hợp.

Hầu hết các kim loại có giới hạn quang điện nằm trong vùng tử ngoại mà laze nằm trong vùng nhìn thấy => chọn B

Xem thêm:
Tổng hợp lý thuyết, bài tập vật lí lớp 12 chương lượng tử ánh sáng

nguồn: vật lí phổ thông ôn thi quốc gia