根據(jù)量子理論，光子不但有能量E=hv而且有動量，計算式為p=h/λ，其中h是普朗克常量，λ是光子的波長．既然光子有動量，那么照物體表面的光子被物體吸收或反射時都會對物體產(chǎn)生壓強，這就是“光壓”．
（1）一臺二氧化碳?xì)怏w激光器發(fā)出的激光，功率為P=103W，射出的光束的橫截面積為S=1.00mm2，當(dāng)它垂直照射到某一物體表面時，對該物體產(chǎn)生的光壓最大，最大光壓是多少？
（2）有人設(shè)想在遙遠(yuǎn)的宇宙探測中用光壓為動力推動航天器加速，給探測器安上面積極大、反射率極高的薄膜，并讓它正對太陽，已知在地球繞日軌道上，每秒單位面積上得到的太陽光能為1.35kJ，探測器質(zhì)量為M=50kg，薄膜同積為4×104m2，那么探測器得到的加速度為多大？
【答案】分析：（1）找出光子的動量和能量之間關(guān)系，求出光子的動量，由動量定理求出壓力，然后求出光壓．
（2）求出探測器受到光壓力，由牛頓第二定律求出加速度．
解答：解：（1）由以及光在真空中光速c=λv知，
光子的動量和能量之間關(guān)系為E=pc．
設(shè)時間t內(nèi)激光器射出光子個數(shù)為n，每個光子能量為E，激光射到物體上后全部反射，
則這時激光對物體的光壓最大，設(shè)這個壓強為P壓
激光器的功率
由動量定理得：
壓強
由以上各式得
（2）同理可得：
探測器受到光壓力為F=p'壓S
對探測器應(yīng)用牛頓第二定律F=Ma
可得
答：（1）最大光壓是6.7Pa
（2）探測器得到的加速度為7.2×10-3m/s2
點評：本題難度并不大，但解題時一定要細(xì)心、認(rèn)真，應(yīng)用動量定理與牛頓第二定律即可解題．
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

根據(jù)量子理論，光子的能量E和動量p之間的關(guān)系式為E=pC，其中c表示光速，由于光子有動量，照到物體表面的光子被物體吸收或反射時都會對物體產(chǎn)生壓強，這就是“光壓”，用I表示．
（1）一臺二氧化碳?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，激光對物體表面的壓力F=2p?N，其中p表示光子的動量，N表示單位時間內(nèi)激光器射出的光子數(shù)．試用P0和S表示該束激光對物體產(chǎn)生的光壓I；
（2）有人設(shè)想在宇宙探測中用光為動力使探測器加速，探測器上安裝有面積極大，反射率極高的薄膜，并讓它正對太陽，已知太陽光照射薄膜時每平方米面積上的輻射功率為1.35kw，探測器和薄膜的總質(zhì)量為m=100kg，薄膜面積為4×104m2，求此時探測器的加速度大��？（不考慮萬有引力等其它的力）

查看答案和解析>>

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(dāng)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(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1.0×103kg/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）

查看答案和解析>>

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(dāng)該激光束垂直照射在物體表面，試計算單位時間內(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)然這只有當(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1.0×103kg/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)小于多少米（計算結(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）。

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源： 題型：

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

(1)一臺二氧化碳?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，激光對物體表面的壓力F=2p·N，其中p表示光子的動量，N表示單位時間內(nèi)激光器射出的光子數(shù).試用P0和S表示該束激光對物體產(chǎn)生的光壓I.

(2)有人設(shè)想在宇宙探測中用光作為動力推動探測器加速，探測器上安裝有面積極大、反射率極高的薄膜，并讓它正對太陽.已知太陽光照射薄膜時對每平方米面積上的輻射功率為1.35 kW，探測器和薄膜的總質(zhì)量為m=100 kg，薄膜面積為4×104 m2，求此時探測器的加速度大小.(不考慮萬有引力等其他的力)

查看答案和解析>>

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

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)然只有當(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1.0×103kg/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．試估算這種平板車的厚度應(yīng)小于多少？設(shè)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．

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案