Номер 2, страница 150 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. 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. Определить мощность $P_1$ и энергию $E_1$ одного импульса.

Дано:

Потребляемая мощность лазера, $P = 2$ кВт

Общее время работы, $t = 2$ с

Количество импульсов, $N = 300$

Длительность одного импульса, $τ = 4$ мкс

КПД (доля энергии, идущая на излучение), $η = 0,3 \%$

$P = 2 \text{ кВт} = 2 \cdot 10^3 \text{ Вт}$

$τ = 4 \text{ мкс} = 4 \cdot 10^{-6} \text{ с}$

$η = 0,3\% = 0,003$

Найти:

Энергия одного импульса, $E_1$ - ?

Мощность одного импульса, $P_1$ - ?

Решение:

1. Сначала определим общую энергию, которую потребил лазер от источника питания за время $\text{t}$. Эта энергия $E_{потр}$ рассчитывается по формуле:

$E_{потр} = P \cdot t$

Подставим числовые значения:

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

2. Согласно условию, на излучение света идет только часть этой энергии, определяемая коэффициентом полезного действия $η$. Найдем полную энергию излучения $E_{изл}$:

$E_{изл} = E_{потр} \cdot η$

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

3. Эта общая энергия излучения распределяется равномерно между $N = 300$ импульсами. Следовательно, энергия одного импульса $E_1$ будет равна:

$E_1 = \frac{E_{изл}}{N}$

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

4. Мощность одного импульса $P_1$ определяется как его энергия $E_1$, деленная на длительность этого импульса $τ$.

$P_1 = \frac{E_1}{τ}$

$P_1 = \frac{0,04 \text{ Дж}}{4 \cdot 10^{-6} \text{ с}} = 0,01 \cdot 10^6 \text{ Вт} = 10000 \text{ Вт} = 10 \text{ кВт}$

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