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＝．光照射到物體表面并被反射時，會對物體產(chǎn)生壓強，這就是“光壓”．光壓是光的粒子性的典型表現(xiàn)．光壓的產(chǎn)生機理如同氣體壓強：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．

(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．當該激光束垂直照射在物體表面時，試計算單位時間內(nèi)到達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，證明其在物體表面引起的光壓是；

(3)設想利用太陽的光壓將物體送到太陽系以外的空間去，當然這只有當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1.0×103kg/m3的物體做成的平板，它的剛性足夠大，則當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小于多少？設平板處于地球繞太陽運行的公轉(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1.4×103J/m2·s(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5.9×10－3m/s2．

答案：見詳解
解析：

(1)設單位時間內(nèi)激光器發(fā)出的光子數(shù)為n，每個光子的能量為E，動量為p，則激光器的功率為P＝nE，

所以，單位時間內(nèi)到達物體表面的光子總動量為

p總＝np＝n＝．

(2)激光束被物體表面完全反射時，其單位時間內(nèi)的動量改變量為

Δp＝2p總＝，

根據(jù)動量定理，激光束對物體表面的作用力為

Fm＝，

因此，激光束在物體表面引起的光壓為

p＝．

(3)設平板的質(zhì)量為m、密度為r、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引力．結(jié)合(2)的結(jié)論，有

＞ma，

而平板的質(zhì)量m＝rdS1，所以

d＜＝m

＝1.6×10－6m．

因此，平板的厚度應小于1.6×10－6m．


練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目：高中物理 來源： 題型：

（2003?肇慶模擬）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，這就是“光壓”．光壓是光的粒子性的典型表現(xiàn)．光壓的產(chǎn)生機理如同氣體壓強：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．
（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．當該激光束垂直照射在物體表面時，試計算單位時間內(nèi)到達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式．
（3）設想利用太陽的光壓將物體送到太陽系以外的空間去，當然這只須當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1.0×103kg/m3的物體做成的平板，它的剛性足夠大，則當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小于多少（計算結(jié)果保留二位有效數(shù)字）？設平板處于地球繞太陽運動的公轉(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1.4×103J/m2?s（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5.9×10-3m/s2）

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科目：高中物理 來源： 題型：

（16分）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，光照射到物體表面并被反射時，會對物體產(chǎn)生壓強，這就是“光壓”。光壓是光的粒子性的典型表現(xiàn)。光壓的產(chǎn)生機理如同氣體壓強：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。

（1）激光器發(fā)生的一束激光的功率為P，光束的橫截面積為S.當該激光束垂直照射在物體表面，試計算單位時間內(nèi)到達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式.

（3）設想利用太陽的光壓將物體送到太陽系以外的空間去，當然這只有當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1.0×103kg/m3的物體做成的平板，它的剛性足夠大，則當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小于多少米（計算結(jié)果保留二位有效數(shù)字）？設平板處于地球繞太陽運動的公轉(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1.4×103J/m2?s（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5.9×10－3m/s2）。

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科目：高中物理 來源： 題型：

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，這就是“光壓”．光壓是光的粒子性的典型表現(xiàn)．光壓的產(chǎn)生機理如同氣體壓強：由大量的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．

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．當該激光垂直照射在物體表面時，試計算單位時間內(nèi)到達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，證明其在物體表面引起的光壓是2P/CS．

③設想利用太陽的光壓將物體送到太陽系以外的空間去，當然只有當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1.0×103kg/m3的物體做成的平板，它的剛性足夠大，則當這種平板厚度較小時，它將能被太陽的光壓送出太陽系．試估算這種平板車的厚度應小于多少？設平板處于地球繞太陽運動的公轉(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)其它各行星對平板的影響，已知地球公轉(zhuǎn)軌道上的太陽能量為1.4×103J/m2·s(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5.9×10－3m/s2．

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科目：高中物理 來源：2003-2004學年廣東省肇慶市高三（上）第一次統(tǒng)測物理試卷（解析版） 題型：解答題

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，這就是“光壓”．光壓是光的粒子性的典型表現(xiàn)．光壓的產(chǎn)生機理如同氣體壓強：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．
（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．當該激光束垂直照射在物體表面時，試計算單位時間內(nèi)到達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式．
（3）設想利用太陽的光壓將物體送到太陽系以外的空間去，當然這只須當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1.0×103kg/m3的物體做成的平板，它的剛性足夠大，則當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小于多少（計算結(jié)果保留二位有效數(shù)字）？設平板處于地球繞太陽運動的公轉(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1.4×103J/m2?s（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5.9×10-3m/s2）

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