Question

17．激光束可以看作是粒子流，其中的粒子以相同的動量沿光傳播方向運動．激光照射到物體上，在發(fā)生反射、折射和吸收現(xiàn)象的同時，也會對物體產(chǎn)生作用．光鑷效應就是一個實例，激光束可以像鑷子一樣抓住細胞等微小顆粒．
一束激光經(jīng)S點后被分成若干細光束，若不考慮光的反射和吸收，其中光束①和②穿過介質(zhì)小球的光路如圖②所示，圖中O點是介質(zhì)小球的球心，入射時光束①和②與SO的夾角均為θ，出射時光束均與SO平行．請在下面兩種情況下，分析說明兩光束因折射對小球產(chǎn)生的合力的方向．
a．光束①和②強度相同；
b．光束①比②強度大．

Answer 1

分析 分豎直和水平兩個方向，分別運用動量定理列式，求出球?qū)�光子的作用力的兩個分力，再合成求球?qū)�光子的作用力，由牛頓第三定律得到光對球的合力．

解答 解：設光束1單位時間內(nèi)射出的光子數(shù)為N₁，光束2單位時間內(nèi)射出的光子數(shù)為N₂，該激光束單個光子的動量為P．規(guī)定向右為水平方向的正方向．向上為豎直方向的正方向．根據(jù)動量定理得
對光束1有：
   水平方向：（N₁△t）（P-Pcosθ）=F_1x•△t
   豎直方向：（N₁△t）（0-Psinθ）=F_1y•△t
對光束2有：
   水平方向：（N₂△t）（P-Pcosθ）=F_2x•△t
   豎直方向：（N₂△t）[0-（-Psinθ）]=F_2y•△t
a、光束①和②強度相同，有 N₁=N₂．
   F_x=F_1x+F_2x＞0，方向向右
   F_y=F_1y+F_2y=0
所以 F=F_x，方向水平向右
根據(jù)牛頓第三定律可知，小球所受的合力方向水平向左．
b、若強度不同，且N₁＞N₂．所以
   F_x=F_1x+F_2x＞0，方向向右
   F_y=F_1y+F_2y＜0，方向豎直向下
根據(jù)力的合成可知，合力 F方向為右下
根據(jù)牛頓第三定律知，小球所受的合力方向為左上．
答：
a．光束①和②強度相同時，光束因折射對小球產(chǎn)生的合力的方向向左；
b．光束①比②強度大時，小球所受的合力方向為左上．

點評 解決本題的關鍵建立物理模型，可將光子抽象成小球，根據(jù)動量定理進行分析其受力情況．