Question

【題目】在納米技術(shù)中需要移動或修補原子，必須使在不停地做熱運動（速率約幾百米每秒）的原子幾乎靜止下來且能在一個小的空間區(qū)域內(nèi)停留一段時間， 為此已發(fā)明了“激光致冷”的技術(shù)。即利用激光作用于原子，使原子運動速率變慢，從而溫度降低。

(1)若把原子和入射光子分別類比為一輛小車和一個小球，則“激光致冷”與下述的力學(xué)模型相似。如圖所示，一輛質(zhì)量為m的小車（左側(cè)固定一輕質(zhì)擋板以速度v0水平向右運動；一個動量大小為p。質(zhì)量可以忽略的小球水平向左射入小車后動量變?yōu)榱悖痪o接著不斷重復(fù)上述過程，最終小車將停下來。設(shè)地面光滑。求：

①第一個小球入射后，小車的速度大小v1；

②從第一個小球入射開始計數(shù)到小車停止運動，共入射多少個小球?

(2)近代物理認為，原子吸收光子的條件是入射光的頻率接近于原子吸收光譜線的中心頻率如圖所示，現(xiàn)有一個原子A水平向右運動，激光束a和激光束b分別從左右射向原子A，兩束激光的頻率相同且都略低于原子吸收光譜線的中心頻率、請

①哪束激光能被原子A吸收?并說明理由；

②說出原子A吸收光子后的運動速度增大還是減小。

Answer 1

【答案】(1)① v0；②；(2)①激光束，理由見解析b ；②減小

【解析】

(1)①取向右方向為正，小車與小球水平方向動量守恒

得

②設(shè)入射n個小球后小車將停下來，由動量守恒定律得

解得。

(2)① 激光束b

理由是原子A向右運動，是迎著激光束b運動的，根據(jù)多普勒效應(yīng)，這個原子感受到激光束b的頻率升高，進一步接近了原子吸收光譜線的中心頻率，原子從激光束b吸收光子的幾率增大。原子A的運動方向和激光束a的傳播方向相同，所以它感受到激光束a的頻率減小，根據(jù)多普勒效應(yīng)，這個原子感受到激光束a的頻率降低，進一步遠離了原子吸收光譜線的中心頻率，原子從激光束a吸收光子的幾率減小。綜上所述，原子A吸收了激光束b的光子。

②減小。由動量守恒定理得

所以是減小了。