光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量。由狹義相對(duì)論可知，一定的質(zhì)量m與一定的能量E相對(duì)應(yīng)：，其中c為真空中光速。

（1）已知某單色光的頻率為ν，波長(zhǎng)為λ，該單色光光子的能量，其中h為普朗克常量。試借用質(zhì)子、電子等粒子動(dòng)量的定義：動(dòng)量=質(zhì)量×速度，推導(dǎo)該單色光光子的動(dòng)量。

（2）光照射到物體表面時(shí)，如同大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞一樣，將產(chǎn)生持續(xù)均勻的壓力，這種壓力會(huì)對(duì)物體表面產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”，用I表示。

                  一臺(tái)發(fā)光功率為P0的激光器發(fā)出一束某頻率的激光，光束的橫截面積為S。當(dāng)該激光束垂直照射到某物體表面時(shí)，假設(shè)光全部被吸收，試寫出其在物體表面引起的光壓的表達(dá)式。

（3）設(shè)想利用太陽(yáng)光的“光壓”為探測(cè)器提供動(dòng)力，將太陽(yáng)系中的探測(cè)器送到太陽(yáng)系以外，這就需要為探測(cè)器制作一個(gè)很大的光帆，以使太陽(yáng)光對(duì)光帆的壓力超過(guò)太陽(yáng)對(duì)探測(cè)器的引力，不考慮行星對(duì)探測(cè)器的引力。

一個(gè)質(zhì)量為m的探測(cè)器，正在朝遠(yuǎn)離太陽(yáng)的方向運(yùn)動(dòng)。已知引力常量為G，太陽(yáng)的質(zhì)量為M，太陽(yáng)單位時(shí)間輻射的總能量為P。設(shè)帆面始終與太陽(yáng)光垂直，且光帆能將太陽(yáng)光一半反射，一半吸收。試估算該探測(cè)器光帆的面積應(yīng)滿足的條件。


解：

（1）光子的能量     〖2分〗

光子的動(dòng)量   〖2分〗

可得   〖2分〗

（2）一小段時(shí)間Δt內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)

   〖1分〗

 光照射物體表面，由動(dòng)量定理

   〖2分〗

 產(chǎn)生的光壓   〖1分〗

解得   〖2分〗

（3）由（2）同理可知，當(dāng)光一半被反射一半被吸收時(shí)，產(chǎn)生的光壓

            〖2分〗

     距太陽(yáng)為r處光帆受到的光壓

  〖2分〗

太陽(yáng)光對(duì)光帆的壓力需超過(guò)太陽(yáng)對(duì)探測(cè)器的引力

       〖2分〗

解得   〖2分〗


練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道半徑為R1，公轉(zhuǎn)周期為T1，月球繞地球公轉(zhuǎn)的軌道半徑為R2，公轉(zhuǎn)周期為T2，則太陽(yáng)和地球的質(zhì)量之比為_(kāi)_________。

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


一個(gè)質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動(dòng)的vt圖像如圖所示，下列判斷正確的是

A．質(zhì)點(diǎn)在0～5 s內(nèi)的位移大小為10 m

B．質(zhì)點(diǎn)在10 s末離出發(fā)點(diǎn)最遠(yuǎn)

C．質(zhì)點(diǎn)在整個(gè)0～12 s內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，10～12 s內(nèi)的加速度最大

D．質(zhì)點(diǎn)在0～8 s內(nèi)的平均速度為1 m/s

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


放射性同位素衰變的快慢有一定的規(guī)律。氡222衰變?yōu)獒?18的規(guī)律如圖所示。縱坐標(biāo)表示的是任意時(shí)刻氡222的質(zhì)量m與t = 0時(shí)的質(zhì)量m0的比值。下列說(shuō)法正確的是

A．氡222的半衰期是7.6天

B．氡222的半衰期是3.8天

C．若升高溫度，氡222的半衰期將變長(zhǎng)

D．若升高溫度，氡222的半衰期將變短

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


如圖所示，在圓柱形區(qū)域內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B＝B0+kt，其中B0、k為正的常數(shù)。在此區(qū)域的水平面內(nèi)固定一個(gè)半徑為r的圓環(huán)形內(nèi)壁光滑的細(xì)玻璃管，將一電荷量為q的帶正電小球在管內(nèi)由靜止釋放，不考慮帶電小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，則下列說(shuō)法正確的是

A．從上往下看，小球?qū)⒃诠軆?nèi)沿順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中動(dòng)能增量為2qkπr

B．從上往下看，小球?qū)⒃诠軆?nèi)沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中動(dòng)能增量為2qkπr

C．從上往下看，小球?qū)⒃诠軆?nèi)沿順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中動(dòng)能增量為qkπr2

D．從上往下看，小球?qū)⒃诠軆?nèi)沿逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中動(dòng)能增量為qkπr2

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


某帶電物體所在空間形成一個(gè)電場(chǎng)，沿x軸方向其電勢(shì)φ的變化如圖所示．電子從O點(diǎn)以v0的初速度沿x軸正方向射出，依次通過(guò)a、b、c、d點(diǎn)．則下列關(guān)于電子運(yùn)動(dòng)的描述正確的是

A．在oa間電子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)

B．電子在od之間一直在做減速直線運(yùn)動(dòng)

C．要使電子能到達(dá)無(wú)窮遠(yuǎn)處，粒子的初速度至少為

D．在cd間運(yùn)動(dòng)時(shí)電子的電勢(shì)能一定增大

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


下列說(shuō)法正確的是

A．一定質(zhì)量理想氣體在等壓膨脹過(guò)程中氣體一定吸收熱量

B．單晶體與多晶體的區(qū)別在于前者有固定熔點(diǎn)，后者沒(méi)有固定熔點(diǎn)

C．布朗運(yùn)動(dòng)表明懸浮顆粒分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)

D．油膜法估測(cè)分子直徑的實(shí)驗(yàn)中，使用酒精的目的是為了方便的形成較理想的單分子油膜層

E．飽和汽壓隨溫度的升高而降低

F．液體表面層中的分子間距大于液體內(nèi)部分子間距

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


一個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度時(shí)間圖象如圖甲所示,任意很短時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可以近似視為勻速運(yùn)動(dòng)，該時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的位移即為條形陰影區(qū)域的面積，經(jīng)過(guò)累積，圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積即為質(zhì)點(diǎn)在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的位移。利用這種微元累積法我們可以研究許多物理問(wèn)題，圖乙是某物理量隨時(shí)間變化的圖象，此圖線與坐標(biāo)軸所圍成的面積，下列說(shuō)法中不正確的是

A．如果y軸表示變化磁場(chǎng)在金屬線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，則面積等于該磁場(chǎng)在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量

B．如果y軸表示力做功的功率，則面積等于該力在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)所做的功

C．如果y軸表示流過(guò)用電器的電流，則面積等于在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)流過(guò)該用電器的電量

D．如果y軸表示加速度，則面積等于質(zhì)點(diǎn)在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的速度變化量

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


某電壓表V，量程3V，內(nèi)阻約為2k，為了檢測(cè)其表盤讀數(shù)是否準(zhǔn)確，并確定其內(nèi)阻的準(zhǔn)確阻值，實(shí)驗(yàn)室提供器材如下：

A、標(biāo)準(zhǔn)電壓表V1，量程6V，內(nèi)阻約為7.0kΩ

B、標(biāo)準(zhǔn)電壓表V2，量程3V，內(nèi)阻約為3.5kΩ

C、定值電阻R1=5kΩ

D、滑動(dòng)變阻器R2，最大阻值100，額定電流1.5A

E、電源E，電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻0.5Ω

F、開(kāi)頭S，導(dǎo)線若干。

①若要檢測(cè)V表盤讀數(shù)是否準(zhǔn)確，請(qǐng)?jiān)诩讏D中選擇所需要的器材連接成實(shí)驗(yàn)所需要的電路；

②若電壓表的讀數(shù)如乙圖所示，則其測(cè)得的電壓為 V；

③若V表表盤讀數(shù)準(zhǔn)確，現(xiàn)要測(cè)量其內(nèi)阻的準(zhǔn)確阻值，請(qǐng)將丙圖連接成實(shí)驗(yàn)所需要的電路；

④如果沒(méi)得電壓表V的讀數(shù)為U，電壓表V1的讀數(shù)為U1，則被測(cè)電壓表V內(nèi)阻的表達(dá)式為RV= .


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