Тест по физике 11 класс: лазеры

Что нужно знать

Лазер — это источник света, работающий на основе явления вынужденного (индуцированного) излучения. Для усиления света в лазере используется активная среда, в которой создаются условия для преобладания вынужденного излучения над поглощением. Необходимым условием работы лазера является инверсная населённость — состояние, при котором на верхнем энергетическом уровне находится больше частиц, чем на нижнем. При переходе частиц с более высокого энергетического уровня на более низкий испускаются фотоны, энергия которых равна разности энергий уровней: E = hν, где E — энергия фотона (Дж), h — постоянная Планка (Дж·с), ν — частота света (Гц). Вынужденное излучение создаёт фотоны с такой же частотой, фазой, направлением распространения и поляризацией, как у вызывающего его фотона. Поэтому лазерный свет обладает высокой когерентностью, монохроматичностью и направленностью. Частота и длина волны света связаны формулой c = λν, где c — скорость света в вакууме (м/с), λ — длина волны (м). Например, лазеры применяются в сканерах штрихкодов, медицинских приборах и устройствах для измерения расстояний. Типичная ошибка учеников — считать, что лазерный свет возникает исключительно благодаря самопроизвольному излучению, хотя основой усиления света является вынужденное излучение.

Тест: 12 вопросов

Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.

  1. 1. Какое явление лежит в основе работы лазера?

    • Фотоэффект
    • Дифракция света
    • Вынужденное излучение
    • Тепловое излучение
    Работа лазера основана на вынужденном излучении: падающий фотон вызывает испускание другого фотона с такими же характеристиками.

  2. 2. Как называется состояние вещества, при котором число частиц на верхнем энергетическом уровне больше, чем на нижнем?

    • Электрическая поляризация
    • Ионизация
    • Тепловое равновесие
    • Инверсная населённость
    Инверсная населённость — необходимое условие усиления света за счёт преобладания вынужденного излучения над поглощением.

  3. 3. Какова энергия фотона лазерного света частотой 5 · 10^14 Гц? Используйте h = 6,6 · 10^-34 Дж·с.

    • 3,3 · 10^-19 Дж
    • 1,32 · 10^-18 Дж
    • 1,32 · 10^-19 Дж
    • 3,3 · 10^-20 Дж
    Используем формулу E = hν. E = 6,6 · 10^-34 · 5 · 10^14 = 3,3 · 10^-19 Дж.

  4. 4. Какое свойство лазерного света позволяет получить очень узкий световой пучок?

    • Большая скорость распространения
    • Высокая направленность
    • Высокая температура
    • Большая масса фотонов
    Лазерный свет распространяется в виде узкого, практически нерасходящегося пучка благодаря высокой направленности.

  5. 5. Какова длина волны лазерного излучения частотой 6 · 10^14 Гц в вакууме? Примите c = 3 · 10^8 м/с.

    • 5 · 10^-6 м
    • 2 · 10^-6 м
    • 5 · 10^-7 м
    • 2 · 10^-7 м
    Используем формулу λ = c / ν. λ = (3 · 10^8) / (6 · 10^14) = 5 · 10^-7 м.

  6. 6. Чем вынужденное излучение отличается от спонтанного?

    • Оно происходит только при нагревании вещества
    • При нём испускаемый фотон всегда имеет меньшую частоту
    • Оно сопровождается обязательным изменением электрического заряда атома
    • Оно происходит под действием внешнего фотона и создаёт фотон с такими же характеристиками
    Вынужденное излучение вызывается взаимодействием атома с падающим фотоном. Испущенный фотон имеет ту же частоту, фазу, направление распространения и поляризацию.

  7. 7. Как называется свойство лазерного излучения, связанное с постоянной разностью фаз световых волн?

    • Когерентность
    • Интерференция
    • Поляризация
    • Дисперсия
    Когерентные световые волны имеют согласованную разность фаз, которая остаётся постоянной во времени.

  8. 8. Какое из перечисленных применений лазера связано с его высокой направленностью и возможностью точно воздействовать на небольшой участок?

    • Измерение температуры воздуха обычным термометром
    • Лазерная хирургия
    • Получение звука в громкоговорителе
    • Нагревание воды в электрическом чайнике
    Узкий лазерный пучок позволяет точно воздействовать на небольшие участки тканей, ограничивая повреждение окружающих областей.

  9. 9. Энергия фотона лазерного излучения равна 6,6 · 10^-19 Дж. Какова частота этого излучения? Используйте h = 6,6 · 10^-34 Дж·с.

    • 1 · 10^13 Гц
    • 1 · 10^16 Гц
    • 1 · 10^15 Гц
    • 1 · 10^14 Гц
    Из формулы E = hν получаем ν = E / h. ν = (6,6 · 10^-19) / (6,6 · 10^-34) = 1 · 10^15 Гц.

  10. 10. Почему лазерный свет называют монохроматическим?

    • Потому что он состоит из фотонов только одного направления
    • Потому что он не может распространяться в вакууме
    • Потому что его интенсивность всегда одинакова
    • Потому что он имеет практически одну частоту и соответствующую ей длину волны
    Монохроматичность означает, что излучение имеет узкий спектральный диапазон и практически одну частоту.

  11. 11. Лазерный луч проходит в вакууме расстояние 600 м. За какое время он преодолевает это расстояние? Примите c = 3 · 10^8 м/с.

    • 2 · 10^-6 с
    • 2 · 10^-5 с
    • 5 · 10^-7 с
    • 2 · 10^-8 с
    Используем формулу t = s / c. t = 600 / (3 · 10^8) = 2 · 10^-6 с.

  12. 12. При переходе атома с одного энергетического уровня на другой энергия испущенного фотона равна 3,3 · 10^-19 Дж. Какова разность энергий этих уровней?

    • 1,65 · 10^-19 Дж
    • 3,3 · 10^-19 Дж
    • 6,6 · 10^-19 Дж
    • 3,3 · 10^-20 Дж
    При испускании фотона энергия атома уменьшается на величину энергии фотона. Поэтому разность энергий уровней равна ΔE = Eф = 3,3 · 10^-19 Дж.
Тесты по физике 11 класс