Chúng tôi giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 12 Bài 34: Sơ lược về laze chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Sơ lược về laze lớp 12.
Giải bài tập Vật Lí Lớp 12 Bài 34: Sơ lược về laze
Trả lời câu hỏi giữa bài
Trả lời câu C1 trang 171 SGK Vật Lí 12: Hãy mô tả cụ thể quá trình nhân photon vẽ trên hình 34.3.
Lời giải:
Mô tả cụ thể quá trình nhân photon trên hình vẽ:
Khi photon có năng lượng ε' = hf bay lướt qua một nguyên tử đang sẵn sàng phát ra năng lượng ε= hf thì lập tức nguyên tử này phát ra một photon ε = hf, hai photon này bay lướt qua hai nguyên tử khác đang ở trạng thái kích thích thì lập tức hai nguyên tử này phát ra hai photon có năng lượng hf, như vậy số photon sẽ tăng lên theo cấp số nhân.
Câu hỏi và bài tập (trang 173 SGK Vật Lí 12)
Bài 1 trang 173 SGK Vật Lí 12: Laze là gì?
Lời giải:
Laze là máy khuếch đại ánh sáng dựa vào sự phát xạ cảm ứng.
Bài 2 trang 173 SGK Vật Lí 12: Nêu các đặc điểm của chùm sáng (tia laze) do laze phát ra.
Lời giải:
Các đặc điểm của chùm sáng do laze phát ra là:
+ Có tính đơn sắc cao
+ Có tính định hướng cao (do chùm tia laze rất song song)
+ Có tính kết hợp cao vì gồm rất nhiều hạt photon cùng pha với nhau
+ Có cường độ lớn
Bài 3 trang 173 SGK Vật Lí 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:
Năm 1917, khi nghiên cứu lí thuyết phát xạ, Anh-xtanh đã chứng minh rằng: ngoài hiện tượng phát xạ tự phát còn có hiện tượng phát xạ mà ông gọi là phát xạ cảm ứng. Hiện tượng đó như sau:
Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng lượng ε = hf, bắt gặp một phôtôn có năng lượng ε’ đúng bằng hf, bay lướt qua nó, thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra phôtôn ε. Phôtôn ε có cùng năng lượng và bay cùng phương với phôtôn ε’. Ngoài ra, sóng điện từ ứng với phôtôn e hoàn toàn cùng pha với sóng điện từ ứng với phôtôn ε’ (H.49.2).
Như vậy, nếu có một phôtôn ban đầu bay qua một loạt nguyên tử đang ở trạng thái kích thích thì số phôtôn sẽ tăng lên theo cấp số nhân (H.46.3).
Các phôtôn này có cùng năng lượng (ứng với sóng điện từ có cùng bước sóng; do đó tính đơn sắc của chùm sáng rất cao); chúng bay theo cùng một phương (tính định hướng của chùm sáng rất cao); tất cả các sóng điện từ trong chùm sáng do các nguyên tử phát ra điều cùng pha (tính kết hợp của chùm sáng rất cao). Ngoài ra, vì số phôtôn bay theo cùng một hướng rất lớn nên cường độ của chùm sáng có cường độ rất mạnh.
Bài 4 trang 173 SGK Vật Lí 12: Trình bày cấu tạo của laze rubi?
Lời giải:
Laze rubi gồm một thanh rubi hình trụ (A). Hai mặt được mài nhẳn, vuông góc với trục của thanh.
Mặt () được mạ bạc trở thành một gương phẳng () có mặt phản xạ quay vào phía trong.
Mặt () là mặt bán mạ, tức là mạ một lớp rất mỏng để cho khoảng 50% cường độ của chùm sáng chiếu tới bị phản xạ, còn khoảng 50% truyền qua. Mặt này trở thành một gương phẳng () có mặt phản xạ quay về phía . Hai gương và song song với nhau.
Bài 5 trang 173 SGK Vật Lí 12: Có những loại laze gì?
Lời giải:
Có ba loại laze: laze khí (laze He-Ne, laze CO¬2), laze rắn (laze Rubi) và laze bán dẫn (laze Ga-Al-As)
Bài 6 trang 173 SGK Vật Lí 12: Trình bày một vài ứng dụng của laze.
Lời giải:
- Trong y học, lợi dụng khả năng có thể tập trung năng lượng của chùm tia laze vào một vùng rất nhỏ, người ta đã dùng tia laze như một dao mổ trong các phẫu thuật tinh vi như mắt, mạch máu,… Ngoài ra, người ta cũng sử dụng tác dụng nhiệt của tia laze để chữa một số bệnh như các bệnh ngoài da…
- Trong thông tin liên lạc, do có tính định hướng rất cao nên tia laze có ưu thế đặc biệt trong liên lạc vô tuyến (vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh, điều khiển các con tàu vũ trụ,…). Do có tính kết hợp và cường độ cao nên tia laze được sử dụng rất tốt trong việc thông tin bằng cáp quang.
- Trong công nghiệp, vì tia laze có cường đồ lớn và tính định hướng cao nên nó được dùng trong các công việc như cắt, khoan, tôi,… chính xác trên nhiều chất liệu như kim loại, compozit,..
- Trong trắc địa, laze được dùng trong các công việc như đo khoảng cách, tam giác đạc, ngắm đường thẳng,…
- Laze còn được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, trong các bút chỉ bảng, bản đồ, trong các thí nghiệm quang học ở trường phổ thông,… Các laze này thuộc loại laze bán dẫn.
Bài 7 trang 173 SGK Vật Lí 12: Chọn câu đúng.
Chùm sáng do laze rubi phát ra có màu gì
A. Trắng B. Xanh.
C. Đỏ. D. Vàng.
Phương pháp giải:
Rubi (hồng ngọc) là Al2O3 có pha Cr2O3. Ánh sáng đỏ của hồng ngọc do ion crôm phát ra khi chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản. Đó cũng là màu của tia laze
Lời giải:
Đáp án C.
Bài 8 trang 173 SGK Vật Lí 12: Tia laze không có đặc điểm nào dưới đây?
A. Độ đơn sắc.
B. Độ định hướng.
C. Cường độ lớn.
D. Công suất lớn.
Lời giải:
Đáp án D
Ta có: Chùm do laze phát ra có tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp cao và cường độ lớn
=> Phương án D: Công suất lớn không phải là đặc điểm của tia laze
Bài 9 trang 173 SGK Vật Lí 12: Bút laze mà người ta thường dùng để chỉ bảng thuộc loại laze nào?
A. Khí. B. Lỏng.
C. Rắn. D. Bán dẫn.
Phương pháp giải:
Laze được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, trong các bút chỉ bảng, bản đồ, trong các thí nghiệm quang học ở trường phổ thông,... Các laze này thuộc loại laze bán dẫn (làm việc ở dải sóng khả kiến 630-670nm)
Lời giải:
Đáp án D
Lý thuyết Bài 34: Sơ lược về laze
1. Khái niệm
- Laze: là một nguồn sáng phát ra ánh sáng có cường độ lớn dựa trên hiện tượng phát xạ cảm ứng.
- Tia sáng do laze phát ra được gọi là tia laze
2. Hiện tượng phát xạ phản ứng
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’ đúng bằng hf, bay lướt qua thì ngay lập tức nguyên tử phát ra phôtôn 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.
3. Đặc điểm
- Có cường độ lớn
- Có tính kết hợp cao
- Có tính định hướng cao
- Có tính đơn sắc cao.
4. Cấu tạo của laze
- Phân loại theo cấu tạo: Laze rắn, laze khí và laze bán dẫn
(Bút chỉ bảng: phát ra ánh sáng đỏ thường dùng thuộc loại laze bán dẫn)
- Laze rubi:
- Rubi (hồng ngọc) là Al2O3 có pha Cr2O3. Ánh sáng đỏ của hồng ngọc do ion Cr phát ra khi chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản => màu của Laze cũng là màu Rubi
- Cấu tạo: Bề mặt phản xạ 95% được gọi là gương bán mạ.
- Hoạt động: Ánh sáng phát ra từ đèn xê-nôn kích thích cho các iôn crôm trong thanh rubi chuyển lên mức năng lượng cao. Sau đó, nếu có một phôtôn do một iôn crôm phát ra bay dọc theo trục của thanh thì chính nó sẽ gây ra sự phát xạ cảm ứng ở các iôn crôm khác. Kết quả là có một lượng lớn các phôtôn phát ra bay cùng hướng với phôtôn ban đầu. Do chùm phôtôn này bị phản xạ nhiều lần trong thanh rubi (nhờ hệ hai gương ở hai đầu thanh rubi) mà cường độ chùm phôtôn sẽ tăng lên rất nhiều.
5. Ứng dụng
- Trong y học: dao mổ trong các phẫu thuật tinh vi, chữa một số bệnh ngoài da , ...
- Trong thông tin liên lạc: truyền tin bằng cáp quang
- Trong công nghiệp: dùng trong các công việc như cắt, khoan, tôi, ..
- Trong trắc địa: đo khoảng cách, tam giác đạc, ngắm đường thẳng, ...
- Laze còn được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, trong các bút chỉ bảng, bản đồ, trong các thí nghiệm quang học ở trường phổ thông, ... Các laze này thuộc loại laze bán dẫn.
Sơ đồ tư duy về Laze
