Номер 3, страница 215 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. Лазер мощностью $P = 2 \text{ кВт}$ в течение $t = 2 \text{ с}$ излучает 300 импульсов света. Длительность каждого импульса $\tau = 4 \text{ мкс}$. На излучение идет $\eta = 0,3 \%$ потребляемой энергии. Определите мощность $P_1$ и энергию $E_1$ одного импульса.

Дано:

Мощность лазера $P = 2$ кВт

Время работы $t = 2$ с

Количество импульсов $N = 300$

Длительность импульса $\tau = 4$ мкс

КПД $\eta = 0,3$ %

Перевод в систему СИ:

$P = 2 \cdot 10^3$ Вт

$\tau = 4 \cdot 10^{-6}$ с

$\eta = 0,3 \% = 0,003$

Найти:

$P_1$ — мощность одного импульса

$E_1$ — энергия одного импульса

Решение:

1. Найдем полную энергию $E_{потр}$, потребляемую лазером за время $\text{t}$. Она равна произведению мощности лазера $\text{P}$ на время работы $\text{t}$.

$E_{потр} = P \cdot t$

$E_{потр} = 2 \cdot 10^3 \text{ Вт} \cdot 2 \text{ с} = 4000 \text{ Дж}$

2. Определим полную энергию $E_{изл}$, которая пошла на излучение. Она составляет $\eta$ от потребляемой энергии.

$E_{изл} = E_{потр} \cdot \eta$

$E_{изл} = 4000 \text{ Дж} \cdot 0,003 = 12 \text{ Дж}$

3. Эта энергия излучается в виде $N=300$ импульсов. Следовательно, энергия одного импульса $E_1$ равна:

$E_1 = \frac{E_{изл}}{N}$

$E_1 = \frac{12 \text{ Дж}}{300} = 0,04 \text{ Дж}$

4. Мощность одного импульса $P_1$ — это отношение его энергии $E_1$ к его длительности $\tau$.

$P_1 = \frac{E_1}{\tau}$

$P_1 = \frac{0,04 \text{ Дж}}{4 \cdot 10^{-6} \text{ с}} = \frac{4 \cdot 10^{-2} \text{ Дж}}{4 \cdot 10^{-6} \text{ с}} = 10^4 \text{ Вт} = 10 \text{ кВт}$

Ответ: энергия одного импульса $E_1 = 0,04 \text{ Дж}$, мощность одного импульса $P_1 = 10 \text{ кВт}$.