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根据量子理论,光子具有动量,光子的动量等于光子的能量除以光速,即p=.光照到物体表面并被反射时,会对物体产生压强,这就是光压.光压是光的粒子性的典型表现.光压的产生机理如同气体压强,由大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续、均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力就是气体压强.

已知在地球绕日轨道上,每平方米面积上得到的太阳辐射功率P0=1.35kw,若利用太阳帆为处于该位置的质量M=50kg的某探测器加速,设计所用薄膜的面积S=4×104m2,设照射到薄膜上的光子全部被吸收,那么探测器得到的加速度将是多大?

答案:
解析:

解析:可由动量定理求解物体表面所受压力

设Δt时间内面积为s的薄膜上接收到的光子数为n,

则n=.由于光子全部被吸收,每个光子的动量变化为p,对于这些光子用动量定理可得:FΔt=np.因此整个薄膜上受到的压力的大小F=.再根据牛顿运动定律F=Ma,可求探测器的加速度a=,代入数据得a=3.6×m/s2


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练习册系列答案
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(2003?肇庆模拟)根据量子理论,光子具有动量.光子的动量等于光子的能量除以光速,即P=E/c.光照射到物体表面并被反射时,会对物体产生压强,这就是“光压”.光压是光的粒子性的典型表现.光压的产生机理如同气体压强:由大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强.
(1)激光器发出的一束激光的功率为P,光束的横截面积为S.当该激光束垂直照射在物体表面时,试计算单位时间内到达物体表面的光子的总动量.
(2)若该激光束被物体表面完全反射,试求出其在物体表面引起的光压表达式.
(3)设想利用太阳的光压将物体送到太阳系以外的空间去,当然这只须当太阳对物体的光压超过了太阳对物体的引力才行.现如果用一种密度为1.0×103kg/m3的物体做成的平板,它的刚性足够大,则当这种平板厚度较小时,它将能被太阳的光压送出太阳系.试估算这种平板的厚度应小于多少(计算结果保留二位有效数字)?设平板处于地球绕太阳运动的公转轨道上,且平板表面所受的光压处于最大值,不考虑太阳系内各行星对平板的影响.已知地球公转轨道上的太阳常量为1.4×103J/m2?s(即在单位时间内垂直辐射在单位面积上的太阳光能量),地球绕太阳公转的加速度为5.9×10-3m/s2

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