【題目】根據(jù)量子理論,光子具有動量光子的動量等于光子的能量除以光速,即P=E/c光照射到物體表面并被反射時,會對物體產(chǎn)生壓強(qiáng),這就是“光壓”光壓是光的粒子性的典型表現(xiàn)光壓的產(chǎn)生機(jī)理如同氣體壓強(qiáng):由大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞產(chǎn)生了持續(xù)均勻的壓力,器壁在單位面積上受到的壓力就是氣體的壓強(qiáng)

1激光器發(fā)出的一束激光的功率為P,光束的橫截面積為S當(dāng)該激光束垂直照射在物體表面時,試計(jì)算單位時間內(nèi)到達(dá)物體表面的光子的總動量

2若該激光束被物體表面完全反射,試求出其在物體表面引起的光壓表達(dá)式

3設(shè)想利用太陽的光壓將物體送到太陽系以外的空間去,當(dāng)然這只須當(dāng)太陽對物體的光壓超過了太陽對物體的引力才行現(xiàn)如果用一種密度為10×103kg/m3的物體做成的平板,它的剛性足夠大,則當(dāng)這種平板厚度較小時,它將能被太陽的光壓送出太陽系試估算這種平板的厚度應(yīng)小于多少計(jì)算結(jié)果保留二位有效數(shù)字?設(shè)平板處于地球繞太陽運(yùn)動的公轉(zhuǎn)軌道上,且平板表面所受的光壓處于最大值,不考慮太陽系內(nèi)各行星對平板的影響已知地球公轉(zhuǎn)軌道上的太陽常量為14×103J/m2s即在單位時間內(nèi)垂直輻射在單位面積上的太陽光能量,地球繞太陽公轉(zhuǎn)的加速度為59×10-3m/s2

【答案】1P/C 2p壓強(qiáng)=F/S=2P/Cs 316×10-6m

【解析】

試題分析:1設(shè)單位時間內(nèi)激光器發(fā)出的光子數(shù)為n,每個光子能量為E,動量為p,則激光器的功率為P=nE

所以單位時間內(nèi)到達(dá)物體表面的光子的總動量為

2激光束被物體表面反射時,其單位時間內(nèi)的動量改變量為p=2 p=2P/c

根據(jù)動量定理可知,物體表面對激光束的作用力 F=p =2P/c

由牛頓第三定律可知,激光束對物體表面的作用力為F=2P/c,

在物體表面引起的光壓表達(dá)式為:p壓強(qiáng)=F/S=2P/cS。

3設(shè)平板的質(zhì)量為m,密度為ρ,厚度為d,面積為S1,太陽常量為J,地球繞太陽公轉(zhuǎn)的加速度為a,利用太陽的光壓將平板送到太陽系以外的空間去必須滿足條件:太陽光對平板的壓力大于太陽對其的萬有引力。

2得出的結(jié)論可得,太陽光對平板的壓力

F=2JS1/c

太陽對平板的萬有引力可表示為f=ma,

所以,2JS1/c> ma,

平板質(zhì)量m=ρdS1,

所以 ,2JS1/c> ρdS1a,

解得:d<=16×10-6m。

即:平板的厚度應(yīng)小于16×10-6m。

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D

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1)在上述過程中電場力所做的功W;

2)滑塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)μ;

3)若已知勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)E=1×105V/m,金屬塊所帶的電量q=1×105C.則金屬塊在水平面上滑行的距離L2為多長?

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