Question

5．神舟七号字宙飞船的航天员在准备出舱进行太空漫步时，意外发现舱门很难打开，有人臆测这可能与光压有关．已知光子的动量p、能量E与光速c的关系为E=pc，假设舱门的面积为1.0m²，每平方米的舱门上每秒入射的光子能为1.5kJ，则舱门因反射光子而承受的力，最大约为多少牛顿？（　　）

• A． 0.5×10^-5
• B． 0.5×10^-2
• C． 1.0×10^-5
• D． 1.0×10^-3

Answer 1

分析 先求出照射到舱门的光的总能量，总能量除以每一个光子的能量可求出光子数，光子数乘以每一个光子的动量，就是照到圆形区域光子的总动量．
再求出光子被反射时光子动量的变化量，动量的该变量乘以光子数，就是光子总动量的变化量．最后由动量定理求出光子对舱门的压力，然后由压强公式求出光压．

解答 解：1s内太阳光照射到面积为S的舱门的总能量E_总=P₀S=1.5×10³×1.0=1.5×10³J
照射到此圆形区域的光子数n=$\frac{{E}_{总}}{E}$
因光子的动量p=$\frac{E}{c}$
光子被完全反射时，每个光子动量的改变量△p₀=2p
则时间t内光子总动量的改变量△p=n?2p
设太阳光对此圆形区域表面的压力为F，依据动量定理Ft=△p
太阳光在圆形区域表面产生的光压：I=$\frac{F}{S}$
解得I=$\frac{△p}{1×S}$=$\frac{{E}_{总}}{E}•\frac{2E}{c}•\frac{1}{S}=\frac{2{E}_{总}}{cS}=\frac{2×1.5×1{0}^{3}}{3.0×1{0}^{8}×1.0}=1.0×1{0}^{-5}$N
故选：C

点评 这是一道信息给予题，考查了动量、动量定理等知识点，要理解题意，由题干获取足够的信息，是解题的关键，难度适中．