Электростатика — Задание 21 ЕГЭ по физике №00017093

Идея

Свет — это поток «порций» энергии, фотонов. Энергия одного фотона $E_ф = h\nu = \dfrac{hc}{\lambda}$ — то есть чем короче длина волны (выше частота), тем «дороже» каждый фотон. Мощность — это сколько энергии прилетает за секунду. Удобная аналогия: мощность — это сумма денег в секунду, фотон — монетка определённого номинала. Если сумма та же, а монетки стали мельче, то монеток нужно больше.

Шаг 1. Сравним энергии фотонов

Длина волны зелёного света меньше, чем красного ($\lambda_{зел} \lt \lambda_{кр}$), значит, частота зелёного больше. По формуле $E_ф = h\nu$ энергия фотона зелёного света больше, чем красного: $E_{ф,зел} \gt E_{ф,кр}$. После замены лазера фотоны стали «дешевле» (менее энергичными).

Шаг 2. Свяжем мощность и число фотонов

Мощность излучения — это энергия всех фотонов, прилетевших за единицу времени: $P = E_ф\cdot\dfrac{N}{\Delta t}$, где $N/\Delta t$ — число фотонов в секунду. Отсюда

$$\dfrac{N}{\Delta t} = \dfrac{P}{E_ф}.$$

Шаг 3. Делаем вывод

По условию мощность не изменилась ($P = \text{const}$), а энергия одного фотона уменьшилась ($E_{ф,кр} \lt E_{ф,зел}$). В формуле $N/\Delta t = P/E_ф$ знаменатель стал меньше — значит, само число фотонов в секунду выросло. Проще говоря: чтобы донести ту же мощность «мелкими монетками» красных фотонов, их в секунду нужно больше.