الوحدة الثانية — مقدمة في الفيزياء الحديثة · الفيزياء. دي 10 أسئلة من بنك منصة مجموع على الدرس ده، من السهل للصعب. اضغط «اعرف الإجابة والشرح» تحت كل سؤال بعد ما تحله. على مجموع فيه 21 سؤال على الدرس ده بالشرح.
يظل قطر حزمة الليزر ثابتًا تقريبًا أثناء انتشارها لمسافات طويلة، وتُعرف هذه الخاصية بـ:
الإجابة الصحيحة: (د) توازي الحزمة الضوئية
الشرح: في المصادر العادية يزداد قطر الحزمة بالانتشار نتيجة التشتت، أما حزمة الليزر فتتحرك متوازية ويظل قطرها ثابتًا تقريبًا، وهذه خاصية التوازي (Collimation)؛ أما النقاء الطيفي فيخص الطول الموجي لا قطر الحزمة.
تُعرف إثارة ذرات الوسط الفعال باستخدام المصابيح الوهاجة عالية القدرة (كما في ليزر الياقوت) باسم:
الإجابة الصحيحة: (أ) الضخ الضوئي
الشرح: الإثارة بالطاقة الضوئية تسمى الضخ الضوئي (Optical Pumping) وتتم بالمصابيح الوهاجة أو بشعاع ليزر آخر، أما التفريغ الكهربي فهو إثارة بالطاقة الكهربية كما في ليزر الهيليوم-نيون.
يُستخدم الليزر في علاج انفصال الشبكية؛ حيث:
الإجابة الصحيحة: (د) تلحم طاقته الحرارية الجزء المنفصل بالطبقة التي تحته
الشرح: تُصوَّب حزمة رفيعة من أشعة الليزر خلال إنسان العين إلى الجزء المصاب، فتعمل طاقتها الحرارية على إتمام عملية الالتحام في أجزاء صغيرة من الثانية، فتُحمى العين من فقد القدرة على الإبصار.
لا يمكن تكوين الهولوجرام باستخدام مصدر ضوء عادي؛ لأن:
الإجابة الصحيحة: (أ) فوتونات الضوء العادي غير مترابطة فلا تتكون هدب تداخل ثابتة
الشرح: الهولوجرام يعتمد على تسجيل هدب تداخل ثابتة بين الحزمتين، وهذا يتطلب مصدرًا فوتوناته مترابطة يحتفظ بفرق طور ثابت، وهو متوفر فقط في أشعة الليزر؛ والضوء العادي يحمل معلومات الشدة لكنه لا يصلح لتسجيل الطور.
في الانبعاث المستحث يكون الفوتونان الأصلي (الساقط) والمستحث:
الإجابة الصحيحة: (أ) متساويين في التردد ومتفقين في الطور والاتجاه
الشرح: الفوتون المستحث له نفس تردد واتجاه وطور الفوتون الساقط فيتحركان معًا؛ أما عشوائية الطور والاتجاه فتميز الانبعاث التلقائي.
تنطلق فوتونات الليزر بصورة مترابطة زمانيًا ومكانيًا، ويعني ذلك أنها:
الإجابة الصحيحة: (ب) تنطلق في اللحظة نفسها وتحتفظ بفرق طور ثابت أثناء انتشارها
الشرح: الترابط (Coherence) معناه انطلاق الفوتونات من المصدر في نفس اللحظة واحتفاظها بفرق طور ثابت أثناء الانتشار، بعكس الضوء العادي الذي تنطلق فوتوناته في لحظات مختلفة وبفرق طور متغير.
تكون إحدى مرآتي التجويف الرنيني في جهاز الليزر شبه منفذة؛ وذلك من أجل:
الإجابة الصحيحة: (ب) خروج جزء من الإشعاع في صورة شعاع ليزر عندما تصل شدته إلى حد معين
الشرح: عندما تصل شدة الإشعاع داخل الأنبوبة إلى حد معين يخرج جزء منه عبر المرآة شبه المنفذة في صورة شعاع ليزر، ويبقى الباقي داخلها لتستمر عملية الانبعاث المستحث والتضخيم.
يصدر ليزر الهيليوم-نيون ضوءًا أحمر طوله الموجي ٦٣٢٫٨ nm؛ فتكون طاقة الفوتون الواحد تقريبًا (h = ٦٫٦ × ١٠⁻³⁴ J·s، c = ٣ × ١٠⁸ m/s، ١ eV = ١٫٦ × ١٠⁻¹⁹ J):
الإجابة الصحيحة: (أ) ١٫٩٦ eV
الشرح: (١) E = hc/λ = (٦٫٦ × ١٠⁻³⁴ × ٣ × ١٠⁸) ÷ ٦٣٢٫٨ × ١٠⁻⁹ ≈ ٣٫١٣ × ١٠⁻¹⁹ J. (٢) بالتحويل إلى إلكترون فولت: ٣٫١٣ × ١٠⁻¹⁹ ÷ ١٫٦ × ١٠⁻¹⁹ ≈ ١٫٩٦ eV؛ فالقيمة ٣٫١٣ هي الطاقة بوحدة ١٠⁻¹⁹ J قبل التحويل.
جهاز ليزر يصدر شعاعًا قدرته ٣٫٣ mW وطوله الموجي ٦٦٠ nm؛ فيكون عدد الفوتونات المنبعثة منه في الثانية (h = ٦٫٦ × ١٠⁻³⁴ J·s، c = ٣ × ١٠⁸ m/s):
الإجابة الصحيحة: (د) ١٫١ × ١٠¹⁶ فوتون/ثانية
الشرح: (١) طاقة الفوتون E = hc/λ = (٦٫٦ × ١٠⁻³⁴ × ٣ × ١٠⁸) ÷ ٦٦٠ × ١٠⁻⁹ = ٣ × ١٠⁻¹⁹ J. (٢) عدد الفوتونات في الثانية = القدرة ÷ طاقة الفوتون = ٣٫٣ × ١٠⁻³ ÷ ٣ × ١٠⁻¹⁹ = ١٫١ × ١٠¹⁶ فوتون/ثانية.
أُطلق شعاع ليزر من الأرض إلى عاكس على سطح القمر على بعد 380000 km، ثم استُقبل بعد انعكاسه. ما الزمن بين الإطلاق والاستقبال تقريبًا، ولماذا أمكن استقباله؟ (c = 3 × 10⁸ m/s)
الإجابة الصحيحة: (ج) 2.53 s، لأن حزمة الليزر متوازية لا تتشتت فتبقى شدتها كافية
الشرح: المسافة ذهابًا وإيابًا = 2 × 3.8 × 10⁸ m، فيكون الزمن = 7.6 × 10⁸ / 3 × 10⁸ ≈ 2.53 s. القيمة 1.27 s زمن الذهاب فقط. أمكن الاستقبال لأن الليزر حزمة متوازية مترابطة لا تخضع لقانون التربيع العكسي، لا لأن طاقة فوتونه أكبر.
أول ١٠ أسئلة في كل مادة مجانية، وكل سؤال معاه شرح.