根據(jù)量子理論，光子的動(dòng)量等于光子的能量與光速之比，即，光照射到物體表面時(shí)會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”，用I表示．
    (1)一束激光的功率為P、橫截面積為S．求該激光束照射在物體表面時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)物體表面的光子的總動(dòng)量．
    (2)若該激光束垂直射向物體表面并被物體完全反射，求該激光束對(duì)物體表面產(chǎn)生的光壓I．
    (3)設(shè)想用一種密度為ρ的物質(zhì)做成平板(光帆)置于半徑為R、周期為T(mén)的繞太陽(yáng)運(yùn)行
的圓形軌道上，它的平面垂直于太陽(yáng)光線，且剛性足夠大．已知太陽(yáng)光垂直輻射在圓形軌道上單位面積的功率為J．求平板的厚度d必須小于多少時(shí)，它才能被太陽(yáng)光推離原軌道．(不考慮太陽(yáng)系中其他星體對(duì)平板的影響)．
(18分) 解：(1)(3分)設(shè)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)為n，每個(gè)光子的能量和動(dòng)量分別為E和p，則激光束的功率為P=nE 所以，單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)物體表面的光子的總動(dòng)量為 (3分) (2)(6分)激光束被物體表面完全反射時(shí)，其單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的改變量為 根據(jù)動(dòng)量定理，激光束對(duì)物體表面的作用力為 (4分) 因此，激光束在物體表面產(chǎn)生的光壓為 (2分) (3)設(shè)平板的質(zhì)量、密度、厚度和面積分別為m、p、d和S1，光帆繞太陽(yáng)運(yùn)行的加速度為a。由(2)的結(jié)論可知，在單位時(shí)間內(nèi)單位面積上產(chǎn)生的光壓力為，則光帆所受的光壓力為。太陽(yáng)對(duì)光帆的引力為ma。 (5分)要讓太陽(yáng)的光壓將物體推離原軌道，則必須滿足而平板的質(zhì)量，m=pdS1， (4分)
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

根據(jù)量子理論，光子的能量E和動(dòng)量p之間的關(guān)系式為E=pC，其中c表示光速，由于光子有動(dòng)量，照到物體表面的光子被物體吸收或反射時(shí)都會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”，用I表示．
（1）一臺(tái)二氧化碳?xì)怏w激光器發(fā)出的激光，功率為P0，射出的光束的橫截面積為S．當(dāng)它直照射到一物體表面并被物體全部反射時(shí)，激光對(duì)物體表面的壓力F=2p?N，其中p表示光子的動(dòng)量，N表示單位時(shí)間內(nèi)激光器射出的光子數(shù)．試用P0和S表示該束激光對(duì)物體產(chǎn)生的光壓I；
（2）有人設(shè)想在宇宙探測(cè)中用光為動(dòng)力使探測(cè)器加速，探測(cè)器上安裝有面積極大，反射率極高的薄膜，并讓它正對(duì)太陽(yáng)，已知太陽(yáng)光照射薄膜時(shí)每平方米面積上的輻射功率為1.35kw，探測(cè)器和薄膜的總質(zhì)量為m=100kg，薄膜面積為4×104m2，求此時(shí)探測(cè)器的加速度大��？（不考慮萬(wàn)有引力等其它的力）

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

根據(jù)量子理論，光子的能量E和動(dòng)量p之間的關(guān)系式為E＝pc，其中c表示光速.由于光子有動(dòng)量，照到物體表面的光子被物體吸收或反射時(shí)都會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”，用I表示.

（1）一臺(tái)二氧化碳?xì)怏w激光器發(fā)出的激光，功率為P0，射出的光束的橫截面積為S，當(dāng)它垂直照射到一物體表面并被物體全部反射時(shí)，激光對(duì)物體表面的壓力F＝2p·N，其中p表示光子的動(dòng)量，N表示單位時(shí)間內(nèi)激光器射出的光子數(shù).試用p0與S表示該束激光對(duì)物體產(chǎn)生的光壓I；

（2）有人設(shè)想在宇宙探測(cè)中用光為動(dòng)力推動(dòng)探測(cè)器加速，探測(cè)器上安裝有面積極大、反射率極高的薄膜，并讓它正對(duì)太陽(yáng).已知太陽(yáng)光照射薄膜時(shí)每平方米面積上的輻射功率為1.35 kW，探測(cè)器和薄膜的總質(zhì)量為m＝100 kg，薄膜面積為4×104 m2.求此時(shí)探測(cè)器的加速度大小.

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

根據(jù)量子理論，光子的能量滿足關(guān)系式E=pc，其中c為光在真空中的速度，p為光子具有的動(dòng)量.

    有人設(shè)想利用光子被物體反射時(shí)對(duì)物體產(chǎn)生的壓力作為宇宙探測(cè)器加速的動(dòng)力.探測(cè)器上安裝有面積很大，反射率極高的薄膜，使薄膜正對(duì)太陽(yáng). 已知太陽(yáng)光照射到薄膜時(shí)每平方米面積上的功率為P0，探測(cè)器和薄膜的總質(zhì)量為m，薄膜面積為S，每個(gè)光子的動(dòng)量為p，不考慮萬(wàn)有引力等其它力的作用，試求

（1）經(jīng)過(guò)時(shí)間t，照射到探測(cè)器薄膜表面的光子數(shù)；

（2）探測(cè)器的加速度有多大.

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

根據(jù)量子理論，光子的能量E和動(dòng)量p之間的關(guān)系式為E =pc，其中c表示光速.由于光子有動(dòng)量，照到物體表面的光子被物體吸收或反射時(shí)都會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”，用I表示.

(1)一臺(tái)二氧化碳?xì)怏w激光器發(fā)出的激光，功率為P0，射出的光束的橫截面積為S.當(dāng)它垂直照射到一物體表面并被物體全部反射時(shí)，激光對(duì)物體表面的壓力F=2p·N，其中p表示光子的動(dòng)量，N表示單位時(shí)間內(nèi)激光器射出的光子數(shù).試用P0和S表示該束激光對(duì)物體產(chǎn)生的光壓I.

(2)有人設(shè)想在宇宙探測(cè)中用光作為動(dòng)力推動(dòng)探測(cè)器加速，探測(cè)器上安裝有面積極大、反射率極高的薄膜，并讓它正對(duì)太陽(yáng).已知太陽(yáng)光照射薄膜時(shí)對(duì)每平方米面積上的輻射功率為1.35 kW，探測(cè)器和薄膜的總質(zhì)量為m=100 kg，薄膜面積為4×104 m2，求此時(shí)探測(cè)器的加速度大小.(不考慮萬(wàn)有引力等其他的力)

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