Question

光是由沒(méi)有靜態(tài)質(zhì)量但有動(dòng)量的光子構(gòu)成，當(dāng)光子撞擊光滑的物體平面時(shí)，可以像從墻上反彈回來(lái)的乒乓球一樣改變運(yùn)動(dòng)方向，并給撞擊物體以相應(yīng)的推動(dòng)作用力。單個(gè)光子產(chǎn)生的推力極其微小，在太陽(yáng)到地球的距離上，眾多光子在1平方米帆面上產(chǎn)生的推力只有，還不足一只螞蟻的重量，加速度很小，但根據(jù)速度＝加速度×?xí)r間的公式，只要時(shí)間足夠長(zhǎng)，太陽(yáng)帆最終能達(dá)到一定速度�？茖W(xué)家設(shè)想未來(lái)的宇宙航事業(yè)中利用太陽(yáng)帆來(lái)加速星際飛船。如果帆是白色的，反射全部光子，如果帆是黑色，那么反射光子數(shù)忽略不計(jì)，設(shè)太陽(yáng)光是垂直入射帆面的。則下列說(shuō)法正確的是（    ）

A．白色帆面所受推力大

B．黑色帆面所受推力大

C．兩種帆面所受推力一樣大

D．無(wú)法確定哪種帆面所受推力大

Answer 1

A

解析:

本題以太陽(yáng)帆為背景，考查了動(dòng)量定理的定性應(yīng)用、光子及光子與物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)。這類問(wèn)題的關(guān)鍵在于通過(guò)對(duì)具體情景的分析，建立準(zhǔn)確的物理模型。更確切地說(shuō)是考查考生建立物理模型的能力。

通過(guò)仔細(xì)審題可知，光子與物質(zhì)的相互作用，可以等效為力學(xué)中的小球與平板之間的作用，設(shè)每一個(gè)光子的動(dòng)量為P，單位面積上入射的光子個(gè)數(shù)為n，作用時(shí)間為Δt，帆面的總面積為s，則對(duì)于白色的帆面反射全部光子，可得光子平均作用力的沖量為F₁Δt＝2nsP，則平均作用力為F₁=2nsP/Δt。同理對(duì)于黑色的帆面，反射光子數(shù)忽略不計(jì)，沖量是上述值的一半，亦即平均作用力減半F₂=nsP/Δt，由上述分析易知A是正確的。