题目内容
【题目】2018年诺贝尔物理学奖授于了阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin)等三位科学家,以表彰他们在激光领域的杰出成就。阿瑟·阿什金发明了光学镊子(如图),能用激光束“夹起”粒子、原子、分子;还能夹起病毒、细菌及其他活细胞,开启了激光在新领域应用的大门。
①为了简化问题,将激光束看作是粒子流,其中的粒子以相同的动量沿光传播方向运动。激光照射到物体上,会对物体产生力的作用,光镊效应就是一个实例。
现有一透明介质小球,处于非均匀的激光束中(越靠近光束中心光强越强)。小球的折射率大于周围介质的折射率。两束相互平行且强度①>②的激光束,穿过介质小球射出时的光路如图所示。若不考虑光的反射和吸收,请分析说明两光束因折射对小球产生的合力的方向。
②根据上问光束对小球产生的合力特点,试分析激光束如何“夹起”粒子的?
【答案】见解析;
【解析】
解:①由动量定理可知:△v的方向即为小球对光束作用力的方向
当强度①>②强度相同时,作用力F1>F2,由平行四边形定则知,①和②光速受力合力方向向左偏下,则由牛顿第三定律可知,两光束因折射对小球产生的合力的方向向右偏上,如图所示
②如图所示,小球受到的合力向右偏上,此力的横向的分力Fy,会将小球推向光束中心;一旦小球偏离光速中心,就会受到指向中心的分力,实现光束对小球的约束,如同镊子一样,“夹住”小球其它粒子
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