Vật Lý 12 Bài 34: Lý Thuyết Sơ Lược Về Laze Và Bài Tập

1. Laze là gì?

Laze bản thân là một nguồn sáng, phát ra chùm sáng dựa vào hiện tượng phản xạ cảm ứng. Chùm sáng có cường độ lớn.

2. Sự phát xạ cảm ứng của laze

Như định nghĩa đã nêu, laze hoạt động trên cơ chế sự phản xạ cảm ứng. Nguyên tắc hoạt động dựa trên phát xạ cảm ứng của laze được mô tả như sau:

Cho một nguyên tử đang ở trạng thái kích thích (nguyên tử sẵn sàng phát ra một phôtôn năng lượng bằng $varepsilon =hf$) gặp một phôtôn có năng lượng là $varepsilon '=varepsilon $ bay lướt qua, khi đó nguyên tử này lập tức phát ra phôtôn $varepsilon '$. Photôn $varepsilon $ bay cùng phương với $varepsilon '$ và sóng điều từ ứng với proton $varepsilon $ cùng pha với dao động trong 1 mặt phẳng song song với mp dao động của sóng điện từ ứng với proton $varepsilon '$.

Vậy nên, nếu có 1 proton bay qua tập hợp các nguyên tử ở trạng thái kích thích, số phôtôn lúc này sẽ tăng lên theo cấp số nhân. Các phôtôn khi đó sẽ về trạng thái cùng phương, cùng năng lượng, cùng pha dao động.

3. Đặc điểm của laze

Khi xét đến laze, các em học sinh cần ghi nhớ các đặc điểm nổi bật sau đây:

Tính đơn sắc rất cao.
Laze bản chất là chùm ánh sáng kết hợp (cùng pha cùng tần số).
Laze là chùm ánh sáng song song vì có tính định hướng cao.
Tia laze có cường độ lớn.

4. Cấu tạo của laze

Laze có 3 loại: laze rắn, laze khí và laze bán dẫn.

Dưới đây, ta cùng phân tích cấu tạo của loại laze thường hay gặp nhất đó là laze rắn (laze rubi):

Rubi có công thức là Al2O3 và có pha Cr2O3 (hay còn gọi là hồng ngọc). Ánh sáng đỏ của hồng ngọc phát ra (do ion Cr) khi chuyển từ trạng thái kích thích thành trạng thái cơ bản. Từ đó giải thích màu của laze là màu của rubi.

Cấu tạo của laze rắn: Bề mặt phản xạ 95% (gương bán mạ)
Cách hoạt động: Ánh sáng được phát ra từ đèn xê-nôn kích thích các ion Cr trong thanh rubi chuyển lên mức năng lượng cao. Tiếp theo, khi có 1 proton do 1 ion Cr phát ra bay dọc theo trục của thanh thì lúc đó sẽ gây ra phát xạ cảm ứng ở các ion Cr khác. Từ đó, 1 lượng lớn các phôtôn phát ra và bay cùng hướng với photon lúc đầu. Vì chùm photon này bị phản xạ nhiều lần bên trong thanh rubi, cho nên cường độ chùm photon sẽ được tăng lên rất nhiều lần.

5. Ứng dụng của laze

Laze có rất nhiều ứng dụng quen thuộc trong đời sống hằng ngày. Ngoài ra, Laze còn là một phát minh rất quan trọng vì nó đóng vai trò không thể thiếu trong một số lĩnh vực như y học, thông tin liên lạc, công nghiệp,... như sau:

Trong y học: Laze sử dụng để làm dao mổ trong các cuộc phẫu thuật tinh vi cần độ chính xác cao, ứng dụng chữa một số bệnh ngoài ra nhờ tác dụng của nhiệt.
Công nghiệp: dùng trong các công việc cắt khoan tôi,... cần độ chính xác cao
Trong thông tin liên lạc: laze ứng dụng để truyền tin bằng cáp quang
Trong trắc địa: laze đo khoảng cách, ngắm đường thẳng, đo tam giác đạc,...
Ngoài ra, laze còn được sử dụng trong các đầu đọc đĩa CD, các bút chỉ bảng, bản đồ, các thí nghiệm quang học dùng trong trường phổ thông,... Các laze này thuộc loại laze bán dẫn.

Tham khảo ngay tài liệu tổng ôn kiến thức và phương pháp giải mọi dạng bài tập trong đề thi Lý THPT Quốc gia

6. Một số bài tập trắc nghiệm về laze và đáp án

Để thành thạo kiến thức về laze, cùng VUIHOC luyện tập sơ lược về laze bài tập dưới đây theo hình thức trắc nghiệm nhanh nhé!

Câu 1: Trong laze rubi luôn xuất hiện thay đổi năng lượng từ dạng nào sang dạng quang năng?

A. Quang năng

B. Hiện tượng cảm ứng điện từ

C. Nhiệt năng

D. Điện năng

Câu 2: Đặc điểm nào dưới đây không phải của tia laze?

A. Độ định hướng cao

B. Độ đơn sắc cao

C. Cường độ lớn

D. Công suất trung bình luôn ở mức giá trị lớn

Câu 3: Hiệu suất của 1 laze có đặc điểm:

A. Lớn hơn 100% B. Nhỏ hơn 100%

C. Bằng 100% D. Rất lớn so với 100%

Câu 4: Phát biểu nào sau đây SAI khi nói về tia laze:

A. Tia laze có tính định hướng cao

B. Tia laze có thể bị tán sắc khi đi qua lăng kính

C. Tia laze bản chất chính là chùm sáng kết hợp

D. Tia laze có cường độ lớn

Câu 5: Dùng 1 laze khí CO2 có công suất bằng 8W làm dao mổ. Tia laze khí chiếu vào chỗ nào sẽ làm nước của phần mô chỗ đó bốc hơi, từ đó mô bị cắt. Đã biết nhiệt dung, nhiệt hoá hơi và khối lượng riêng của nước lần lượt bằng: c = 4,18 kJ/kg.K, L = 2260 kJ/kg, ρ = 103 kg/m3. Nước có nhiệt độ là 37 độ C. Tính thể tích nước mà laze làm bốc hơi trong 1 giây?

A. 2,3 mm3 B. 3,9 mm3

C. 3,1 mm3 D. 1,6 mm3

Câu 6: Cho 1 nguồn laze chiếu ra 1 chùm bức xạ có công suất là 1,2W, bước sóng bằng 0,45µm. Trong mỗi giây, số phôtôn phát ra nhờ chùm ánh sáng 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

Câu 7: Cho 1 laze A phát ra chùm bức xạ bước sóng là 0,45 μm và công suất bằng 0,8W. Tia laze B chiếu chùm bức xạ có bước sóng là 0,60 μm và công suất là 0,6W. Tính tỉ số giữa lượng phôtôn laze B và phôtôn laze A phát ra trong mỗi giây bằng bao nhiêu?

A. 1 B. 20/9

C. 2 D. 3/4

Câu 8: Cho 1 laze có công suất là 10W để làm bốc hơi một lượng nước ở mức nhiệt độ 30°C. Cho biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4,18 kJ/kg.độ, nhiệt hóa hơi nước L = 2260 kJ/kg, khối lượng riêng của nước là D = 1000kg/m3. Trong 1s, thể tích nước bốc hơi bằng bao nhiêu?

A. 3,9 mm3 B. 4,4 mm3

C. 5,4 mm3 D. 5,6 mm3

Tham khảo ngay tài liệu tổng hợp kiến thức và phương pháp giải mọi dạng bài tập trong đề thi Lý THPT

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

A. 26 h B. 0,94 h

C. 100 h D. 94 h

Câu 10: Người ta dùng 1 laze hoạt động liên tục khoan một tấm thép, công suất là 10W. Đường kính chùm sáng là 1 mm, bề dày của tấm thép h bằng 1 mm. Nhiệt độ ban đầu là t1 = 30oC. 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 = 1535oC. Thời gian khoan thép là:

A. 2,3 s B. 0,58 s

C. 1,2 s D. 0,42 s

Đáp án:

Trên đây là sơ lược về laze, các tính chất đặc điểm và ứng dụng laze trong đời sống hằng ngày và các bài tập liên quan đến kiến thức về laze và phát xạ cảm ứng trong chương trình Vật Lý 12. Để học nhiều hơn về các kiến thức phục vụ cho ôn thi Vật lý THPT Quốc Gia chuẩn bị hành trang cho kỳ thi THPT Quốc gia sắp tới, các em học sinh truy cập Vuihoc.vn ngay từ hôm nay nhé!

Bài viết tham khảo thêm:

Lý thuyết về mẫu nguyên tử Bo

Lý thuyết về hạt nhân nguyên tử