Квантовая Физика… — Задание ЕГЭ по физике №00026439
Квантовая Физика (нет в 2026)
№2. Задание без номера
ID: 00026439
Лазер со средней мощностью импульса 1,1 кВт излучает в импульсе 10¹⁹ фотонов с длиной волны 600 нм. Какова длительность импульса?
Источник: ФИПИ
Решение
Разберёмся, что нам известно. Лазер выпускает один импульс, в котором $10^{19}$ фотонов, каждый с длиной волны $600$ нм. Средняя мощность импульса — $1{,}1$ кВт, то есть за каждую секунду работы лазер отдавал бы $1100$ джоулей. Спрашивают, как долго длился импульс. Логика простая: посчитаем полную энергию импульса, а потом посмотрим, за какое время такая энергия «набегает» при мощности $1{,}1$ кВт.
Обоснуем модель. Излучение лазера монохроматично — все фотоны одинаковы, у всех одна длина волны. Энергия одного фотона по формуле Планка равна $E_1=h\nu$, а частоту заменяем на длину волны через $\nu=\dfrac{c}{\lambda}$ (это связь для электромагнитной волны в вакууме), поэтому $$E_1=\frac{hc}{\lambda}.$$ Полная энергия импульса — сумма энергий всех фотонов: $E=NE_1$. Средняя мощность по определению $P=\dfrac{E}{t}$, и именно из этого определения мы и вытащим время: $t=\dfrac{E}{P}$. Слово «средняя» тут важно: внутри импульса мощность может быть неравномерной, но нас интересует только полная энергия и полная длительность.
Шаг 1 — энергия одного фотона. Переведём длину волны: $\lambda=600$ нм $=6\cdot10^{-7}$ м. $$E_1=\frac{hc}{\lambda}=\frac{6{,}63\cdot10^{-34}\cdot 3\cdot10^{8}}{6\cdot10^{-7}}=\frac{1{,}989\cdot10^{-25}}{6\cdot10^{-7}}\approx 3{,}3\cdot10^{-19}\ \text{Дж}.$$
Шаг 2 — энергия всего импульса: $$E=NE_1=10^{19}\cdot 3{,}3\cdot10^{-19}\approx 3{,}3\ \text{Дж}.$$
Шаг 3 — длительность импульса. Мощность переведём в ватты: $P=1{,}1$ кВт $=1100$ Вт. $$t=\frac{E}{P}=\frac{3{,}3}{1100}=3\cdot10^{-3}\ \text{с}.$$
Одной формулой: $$t=\frac{Nhc}{\lambda P}.$$
Получилось три миллисекунды — правдоподобная длительность лазерного импульса. Полезно почувствовать, что здесь произошло: энергии в импульсе всего три с небольшим джоуля (столько же уходит на подъём стакана воды на метр), но выпущена она за тысячные доли секунды, поэтому мощность и вышла больше киловатта. И следи за приставками: «к» в киловаттах и «н» в нанометрах — самые частые источники ошибки на порядки.
Ответ
$t=\dfrac{Nhc}{\lambda P}\approx 3\cdot10^{-3}$ с, то есть примерно $3$ мс.
Похожие задания по теме «Квантовая Физика (нет в 2026)» (8)
- Задание — №00048474 — Фотокатод облучают ультрафиолетовым излучением частотой ню равно 1,6 умножить…
- Задание — №00048453 — Электрическая лампа мощностью 60 Вт испускает ежесекундно 1 умножить на 10 в…
- Задание — №00048338 — Максимальная кинетическая энергия электронов, вылетающих из металла под…
- Задание — №00048335 — Сколько фотонов падает на сетчатку глаза человека за 3 с, если мощность…
- Задание — №00048334 — Лазер излучает в импульсе 10 в степени 19 световых квантов длиной волны 400 нм.…
- Задание — №00026515 — Монохроматическое рентгеновское излучение с длиной волны лямбда равно 1,1…
- Задание — №00026511 — Металлическая пластина облучается монохроматическим электромагнитным…
- Задание — №00026510 — Уровни энергии электрона в атоме водорода задаются формулой E индекс n равно…
