Question

5．神舟七號(hào)字宙飛船的航天員在準(zhǔn)備出艙進(jìn)行太空漫步時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)艙門很難打開(kāi)，有人臆測(cè)這可能與光壓有關(guān)．已知光子的動(dòng)量p、能量E與光速c的關(guān)系為E=pc，假設(shè)艙門的面積為1.0m²，每平方米的艙門上每秒入射的光子能為1.5kJ，則艙門因反射光子而承受的力，最大約為多少牛頓？（　�。�

• A． 0.5×10^-5
• B． 0.5×10^-2
• C． 1.0×10^-5
• D． 1.0×10^-3

Answer 1

分析 先求出照射到艙門的光的總能量，總能量除以每一個(gè)光子的能量可求出光子數(shù)，光子數(shù)乘以每一個(gè)光子的動(dòng)量，就是照到圓形區(qū)域光子的總動(dòng)量．
再求出光子被反射時(shí)光子動(dòng)量的變化量，動(dòng)量的該變量乘以光子數(shù)，就是光子總動(dòng)量的變化量．最后由動(dòng)量定理求出光子對(duì)艙門的壓力，然后由壓強(qiáng)公式求出光壓．

解答 解：1s內(nèi)太陽(yáng)光照射到面積為S的艙門的總能量E_總=P₀S=1.5×10³×1.0=1.5×10³J
照射到此圓形區(qū)域的光子數(shù)n=$\frac{{E}_{總}(cāng)}{E}$
因光子的動(dòng)量p=$\frac{E}{c}$
光子被完全反射時(shí)，每個(gè)光子動(dòng)量的改變量△p₀=2p
則時(shí)間t內(nèi)光子總動(dòng)量的改變量△p=n?2p
設(shè)太陽(yáng)光對(duì)此圓形區(qū)域表面的壓力為F，依據(jù)動(dòng)量定理Ft=△p
太陽(yáng)光在圓形區(qū)域表面產(chǎn)生的光壓：I=$\frac{F}{S}$
解得I=$\frac{△p}{1×S}$=$\frac{{E}_{總}(cāng)}{E}•\frac{2E}{c}•\frac{1}{S}=\frac{2{E}_{總}(cāng)}{cS}=\frac{2×1.5×1{0}^{3}}{3.0×1{0}^{8}×1.0}=1.0×1{0}^{-5}$N
故選：C

點(diǎn)評(píng) 這是一道信息給予題，考查了動(dòng)量、動(dòng)量定理等知識(shí)點(diǎn)，要理解題意，由題干獲取足夠的信息，是解題的關(guān)鍵，難度適中．