题目内容

根据量子理论，光子的能量满足关系式E=pc，其中c为光在真空中的速度，p为光子具有的动量.有人设想利用光子被物体反射时对物体产生的压力作为宇宙探测器加速的动力.探测器上安装有面积很大，反射率极高的薄膜，使薄膜正对太阳.已知太阳光照射到薄膜时每平方米面积上的功率为P₀，探测器和薄膜的总质量为m，薄膜面积为S，每个光子的动量为p，不考虑万有引力等其它力的作用，试求
（1）经过时间t，照射到探测器薄膜表面的光子数；
（2）探测器的加速度有多大.

（1）N= P₀St/pc

（2）a=2P₀S/mc

（1）在时间t内，探测器获得的总能量为 E=P₀St 设时间t内照到探测器薄膜表面的光子数为N，则光子总能量为E′=Npc 这两部分能量相等，可得出光子数为N= P₀St/pc

（2）设光反射对薄膜表面产生的压力为F，由动量定理得 Ft=2Np 以探测器为研究对象，根据牛顿第二运动定律有 F=ma解得a=2P₀S/mc

练习册系列答案

同步训练内蒙古大学出版社系列答案

（1）一台二氧化碳气体激光器发出的激光，功率为P₀，射出的光束的横截面积为S，当它垂直照射到一物体表面并被物体全部反射时，激光对物体表面的压力F＝2p·N，其中p表示光子的动量，N表示单位时间内激光器射出的光子数.试用p₀与S表示该束激光对物体产生的光压I；

（2）有人设想在宇宙探测中用光为动力推动探测器加速，探测器上安装有面积极大、反射率极高的薄膜，并让它正对太阳.已知太阳光照射薄膜时每平方米面积上的辐射功率为1.35 kW，探测器和薄膜的总质量为m＝100 kg，薄膜面积为4×10⁴ m².求此时探测器的加速度大小.

根据量子理论，光子的能量满足关系式E=pc，其中c为光在真空中的速度，p为光子具有的动量.

有人设想利用光子被物体反射时对物体产生的压力作为宇宙探测器加速的动力.探测器上安装有面积很大，反射率极高的薄膜，使薄膜正对太阳. 已知太阳光照射到薄膜时每平方米面积上的功率为P₀，探测器和薄膜的总质量为m，薄膜面积为S，每个光子的动量为p，不考虑万有引力等其它力的作用，试求

（1）经过时间t，照射到探测器薄膜表面的光子数；

（2）探测器的加速度有多大.

根据量子理论，光子的能量E和动量p之间的关系式为E =pc，其中c表示光速.由于光子有动量，照到物体表面的光子被物体吸收或反射时都会对物体产生压强，这就是“光压”，用I表示.

(1)一台二氧化碳气体激光器发出的激光，功率为P₀，射出的光束的横截面积为S.当它垂直照射到一物体表面并被物体全部反射时，激光对物体表面的压力F=2p·N，其中p表示光子的动量，N表示单位时间内激光器射出的光子数.试用P₀和S表示该束激光对物体产生的光压I.

(2)有人设想在宇宙探测中用光作为动力推动探测器加速，探测器上安装有面积极大、反射率极高的薄膜，并让它正对太阳.已知太阳光照射薄膜时对每平方米面积上的辐射功率为1.35 kW，探测器和薄膜的总质量为m=100 kg，薄膜面积为4×10⁴ m²，求此时探测器的加速度大小.(不考虑万有引力等其他的力)

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