سوال ۶۱ فیزیک کنکور تجربی ۱۴۰۴ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

برای شمارش فوتون‌ها، انرژی کل نور خروجی در بازۀ زمانی موردنظر را بر انرژی هر فوتون تقسیم می‌کنیم؛ همین روش در مثال کتاب به کار رفته است (فیزیک ۳، صفحهٔ ۹۸).

گام اول ـ تبدیل یکاها:
$P=663\,\mathrm{mW}=0.663\,\mathrm{W}$
$\lambda=600\,\mathrm{nm}=600\times10^{-9}\,\mathrm{m}$
$t=1\,\mathrm{min}=60\,\mathrm{s}$

گام دوم ـ محاسبۀ انرژی هر فوتون:
طبق رابطۀ انرژی فوتون داریم (فیزیک ۳، صفحهٔ ۹۸):
$E_\gamma=hf=\frac{hc}{\lambda}$
پس:
$E_\gamma=\frac{(6.63\times10^{-34})(3\times10^8)}{600\times10^{-9}}=3.315\times10^{-19}\,\mathrm{J}$

گام سوم ـ محاسبۀ انرژی کل خروجی در یک دقیقه:
چون توان داده‌شده، توان نور خروجی است، نیازی به در نظر گرفتن بازده لیزر نداریم. بنابراین:
$E_{\text{کل}}=Pt=(0.663)(60)=39.78\,\mathrm{J}$

گام چهارم ـ محاسبۀ تعداد فوتون‌ها:
$N=\frac{E_{\text{کل}}}{E_\gamma}=\frac{39.78}{3.315\times10^{-19}}=12\times10^{19}=1.2\times10^{20}$

بنابراین در هر دقیقه $1.2\times10^{20}$ فوتون از لیزر گسیل می‌شود؛ این مقدار همان عدد گزینهٔ دوم است که در صورت سؤال با ممیز «/» نوشته شده است.

پاسخ: گزینهٔ ۲