Question

光子具有动量，每个光子的动量mv=h/λ式中h为普朗克常量，又为光子的波长）．当光照射到物体表面上时，不论光被物体吸收还是被物体表面反射，光子的动量都会发生改变，因而对物体表面产生一种压力，称为光压．图是列别捷夫设计的用来测量光压的仪器．图中两个圆片中，a是涂黑的，而b是光亮的、当光线照射到a上时，可以认为光子全部被吸收，而当光线照射到b上时，可以认为光子全部被反射．分别用光线照射在a或b上，由于光压的作用，都可以引起悬丝的旋转，旋转的角度可以借助于和悬丝一起旋转的小平面镜M进行观察．
（1）如果用两束光强相同的光同时分别照射两个圆片a、b，光线的入射方向都跟圆片表面垂直，悬丝将向哪个方向偏转？为什么？
（2）己知两个圆片a、b的半径都为r，两圆心间的距离是d，现用频率为ν的激光束同时照射a、b两个圆片，设入射光与圆面垂直，单位时间内垂直于光传播方向的单位面积上通过的光子个数为n，光速为c，求：由于光压而产生的作用力分别是多大．

Answer 1

分析：根据动量定理，通过动量的变化量得出光压的大小，从而判断出悬线的旋转方向．
结合动量定理分别求出由于光压而产生的作用力大小．

解答：解：（1 ）a向外b向里转动（从上向下看逆时针转动）．其原因是：对时间t内照到圆片上的光子用动量定理Ft=ntS△mv，照到a上的每个光子的动量变化是mv，而照到b上的每个光子的动量变化是2mv；因此光子对b的光压大．
（2）分别对单位时间内照射到a、b上的光子用动量定理，
  有Fa=nπr2h

ν

c

，Fb=nπr2?2h

ν

c

．
答：（1）a向外b向里转动（从上向下看逆时针转动）．
（2）由于光压而产生的作用力分别是Fa=nπr2h

ν

c

，Fb=nπr2?2h

ν

c

．

点评：解决本题的关键搞清该问题的物理模型，一个是动量减为零，另一个动量由mv变为-mv，根据动量定理进行分析．