РУҚА
B8794C

Шешімі: Энергия лазерного излучения

ЕГЭ · Физика · Кванттық және ядролық физика
КүрделіФИПИТолық шешім≈ 10 минутТалдау 6 қадам
Условие

Излучение лазера с длиной волны $3{,}3 \cdot 10^{-7}\ \text{м}$ используется для плавления $1\ \text{кг}$ льда и нагревания полученной воды на $100\ ^\circ\text{C}$. Начальная температура льда равна $0\ ^\circ\text{C}$. Сколько времени потребуется для этого, если лазер за $1\ \text{с}$ излучает $10^{20}$ фотонов, и все они поглощаются льдом и водой?

Тапсырманы ашып, өзіңіз шешіңіз
Дальше ответЕгер әлі шешіп жатсаңыз – кеңестерден бастаңыз: олар жауапқа жетелейді, бірақ оны ашпайды.
К подсказкам

Шешім по шагам

6 қадам
1

Полная энергия лазерного излучения расходуется на плавление льда и нагревание полученной воды:

$$Q = m\lambda_\text{пл} + mc\Delta T$$
2

Подставим табличные значения: удельная теплота плавления льда $\lambda_\text{пл} = 3{,}3 \cdot 10^5\ \text{Дж/кг}$, удельная теплоёмкость воды $c = 4{,}2 \cdot 10^3\ \text{Дж/(кг·}^{\circ}\text{C)}$.

$$Q = 1 \cdot 3{,}3 \cdot 10^5 + 1 \cdot 4{,}2 \cdot 10^3 \cdot 100 = 7{,}5 \cdot 10^5\ \text{Дж}$$
3

Энергия бір фотона определяется формулой:

$$E_\text{ф} = \frac{hc}{\lambda}$$
4

При $h = 6{,}6 \cdot 10^{-34}\ \text{Дж·с}$ и $c = 3 \cdot 10^8\ \text{м/с}$ энергия одного фотона равна:

$$E_\text{ф} = \frac{6{,}6 \cdot 10^{-34} \cdot 3 \cdot 10^8}{3{,}3 \cdot 10^{-7}} = 6 \cdot 10^{-19}\ \text{Дж}$$
5

Лазер излучает $N = 10^{20}$ фотонов за секунду, поэтому его мощность составляет:

$$P = NE_\text{ф} = 10^{20} \cdot 6 \cdot 10^{-19} = 60\ \text{Вт}$$

Время нагревания и плавления найдём как отношение необходимой энергии к мощности лазера:

$$t = \frac{Q}{P} = \frac{7{,}5 \cdot 10^5}{60} = 1{,}25 \cdot 10^4\ \text{с}$$
Жауап

Необходимое время равно $1{,}25 \cdot 10^4\ \text{с}$, или примерно $3{,}5\ \text{ч}$.

Бұл жауап талдау нәтижесінде алынды, бірақ банктің ресми кілтімен тексерілген жоқ — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Не учитывают энергию, необходимую для плавления льда.

Используют массу льда только в формуле плавления, но не в формуле нагревания воды.

Путают энергию бір фотона с мощностью лазера.

Не переводят число фотонов за секунду в мощность излучения.

Закрепить приёмВ теме «Кванттық және ядролық физика» ещё 281 тапсырма — жауабымен және дәл осындай талдауымен.
Жаттығу

Как решать тапсырма по теме «Кванттық және ядролық физика»

Бұл есептің талдауы келесіге бөлінген: 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Жауап есептеулердің жанында келтірілген, олардың орнына емес.

Задача из темы «Кванттық және ядролық физика»: в ней 282 задачи, и у каждой есть такой же разбор. Тіркеу қажет емес.