Question

12．有人設(shè)想在遙遠(yuǎn)的宇宙探測時，給探測器安上面積極大、反射率極高（可認(rèn)為100%）的薄膜，并讓它正對太陽，用光壓為動力推動探測器加速，已知探測器在某軌道上運行時，每秒每平方米面積獲得的太陽光能為E=1.5×10⁴J，薄膜面積為S=6.0×10²m²，若探測器總質(zhì)量為M=60kg，光速c=3.0×10⁸m/s，那么探測器得到的加速度大小最接近下面的哪一個？（　�。�

• A． 1.0×10^-3m/s²
• B． 1.0×10^-2m/s²
• C． 1.0×10^-1m/s²
• D． 1m/s²

Answer 1

分析 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，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：由E=hv，$P=\frac{h}{λ}$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)射到探測器上的光子個數(shù)為n，每個光子能量為E，光子射到探測器上后全部反射，則這時光對探測器的光壓最大，設(shè)這個壓強(qiáng)為P_壓
每秒每平方米面積獲得的太陽光能：${P}_{0}=\frac{n}{t}•E$
由動量定理得：$F•\frac{t}{n}=2P$
壓強(qiáng)${P}_{壓}=\frac{F}{S}$
對探測器應(yīng)用牛頓第二定律F=Ma
可得$a=\frac{{P}_{壓}S}{M}$
代入數(shù)據(jù)得：a=1.0×10^-3m/s²
故A正確，BCD錯誤．
故選：A

點評 該題結(jié)合光子的相關(guān)知識考查動量定理的應(yīng)用，解答本題難度并不大，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．