(2)有人設(shè)想在宇宙探測(cè)中用光為動(dòng)力推動(dòng)探測(cè)器加速.探測(cè)器上安裝有面積極大.反射率極高的薄膜.并讓它正對(duì)太陽.已知太陽光照射薄膜對(duì)每平方米面積上的輻射功率為1.35kW.探測(cè)器和薄膜的總質(zhì)量為m=100kg.薄膜面積為4×.求此時(shí)探測(cè)器的加速度大小?(不考慮萬有引力等其它的力) 查看更多

 

題目列表(包括答案和解析)

根據(jù)量子理論,光子的能量滿足關(guān)系式E=pc,其中c為光在真空中的速度,p為光子具有的動(dòng)量.

    有人設(shè)想利用光子被物體反射時(shí)對(duì)物體產(chǎn)生的壓力作為宇宙探測(cè)器加速的動(dòng)力.探測(cè)器上安裝有面積很大,反射率極高的薄膜,使薄膜正對(duì)太陽. 已知太陽光照射到薄膜時(shí)每平方米面積上的功率為P0,探測(cè)器和薄膜的總質(zhì)量為m,薄膜面積為S,每個(gè)光子的動(dòng)量為p,不考慮萬有引力等其它力的作用,試求

(1)經(jīng)過時(shí)間t,照射到探測(cè)器薄膜表面的光子數(shù);

(2)探測(cè)器的加速度有多大.

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(19分)根據(jù)量子理論,光子的能量滿足關(guān)系式E=pc,其中c為光在真空中的速度,p為光子具有的動(dòng)量.
有人設(shè)想利用光子被物體反射時(shí)對(duì)物體產(chǎn)生的壓力作為宇宙探測(cè)器加速的動(dòng)力.探測(cè)器上安裝有面積很大,反射率極高的薄膜,使薄膜正對(duì)太陽. 已知太陽光照射到薄膜時(shí)每平方米面積上的功率為P0,探測(cè)器和薄膜的總質(zhì)量為m,薄膜面積為S,每個(gè)光子的動(dòng)量為p,不考慮萬有引力等其它力的作用,試求
(1)經(jīng)過時(shí)間t,照射到探測(cè)器薄膜表面的光子數(shù);
(2)探測(cè)器的加速度有多大.

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根據(jù)量子理論,光子的能量滿足關(guān)系式E=pc,其中c為光在真空中的速度,p為光子具有的動(dòng)量.有人設(shè)想利用光子被物體反射時(shí)對(duì)物體產(chǎn)生的壓力作為宇宙探測(cè)器加速的動(dòng)力.探測(cè)器上安裝有面積很大,反射率極高的薄膜,使薄膜正對(duì)太陽.已知太陽光照射到薄膜時(shí)每平方米面積上的功率為P0,探測(cè)器和薄膜的總質(zhì)量為m,薄膜面積為S,每個(gè)光子的動(dòng)量為p,不考慮萬有引力等其它力的作用,試求

(1)經(jīng)過時(shí)間t,照射到探測(cè)器薄膜表面的光子數(shù);

(2)探測(cè)器的加速度有多大.

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已知光子有動(dòng)量,其動(dòng)量的計(jì)算公式為,式中h是普朗克常量,λ是光的波長(zhǎng).既然光子有動(dòng)量,那么光照射到物體表面被吸收或被反射時(shí)就會(huì)對(duì)物體有壓力,叫做“光壓”.有人設(shè)想在遙遠(yuǎn)的宇宙探測(cè)中利用光壓力作動(dòng)力推動(dòng)航天器加速,這樣可以大大減少航天器發(fā)射的自身的體積和重量的影響,在某個(gè)設(shè)計(jì)方案中,計(jì)劃給探測(cè)器安上面積極大,反射率極高的薄膜,并設(shè)法讓它始終正對(duì)太陽.

   (1)已知在地球繞日軌道上,每平方米面積上得到的太陽光的功率為P0 = 1.35kW,探測(cè)

    器本身的質(zhì)量為M=100kg,薄膜面積為S=4×104m2,那么探測(cè)器由地球發(fā)射到太空時(shí),由于太陽光的光壓而得到的加速度將為多大?

   (2)若探測(cè)器僅靠光壓加速,那么每一天內(nèi)增加的速度將是多大?

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光子有動(dòng)量,已知其動(dòng)量的計(jì)算公式為p=h/λ,式中h是普朗克常量,λ是光子的波長(zhǎng)。既然光子有動(dòng)量,那么光照射到物體表面被吸收或被反射時(shí)就會(huì)對(duì)物體有壓力,叫做光壓。有人設(shè)想在遙遠(yuǎn)的宇宙探測(cè)中利用光壓為動(dòng)力推動(dòng)航天器加速,這樣可以大大減少航天器發(fā)射時(shí)自身的體積和重量。在某個(gè)設(shè)計(jì)方案中,計(jì)劃給探測(cè)器安上面積極大,反射率極高的薄膜,并設(shè)法讓它始終正對(duì)太陽。已知在地球繞日軌道上,每平方米面積上得到的太陽光的功率為P0=1.35kW,探測(cè)器本身的質(zhì)量為M=100kg,薄膜面積為S=4×104m2,那么探測(cè)器由地球發(fā)射到太空后,由太陽光的光壓而得到的加速度的最大可能值將為多大?

 

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1.C由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知A、B錯(cuò),由于鎳63放出電子,故帶正電,電勢(shì)比銅片電勢(shì)高,C正確,電流方向從銅片到鎳,D錯(cuò)

2.C

3.A由可知,A正確

4.B將分子粗略地看成一個(gè)小立體,則個(gè)

5.D照射到ab、c上三種光的頻率關(guān)系,為,由光電效應(yīng)的規(guī)律可知板b有電子射出,板c一定有光電子放出,正確答案為D

6.A航天飛機(jī)的運(yùn)行周期

   

    設(shè)經(jīng)過時(shí)間t航天飛機(jī)又通過建筑物上方,則

    ,所以

7.A沿著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)降低,,B錯(cuò);E、F兩點(diǎn)在同一等勢(shì)面上,且,A正確

    由等量異種電荷的等勢(shì)面特點(diǎn)可知.,C錯(cuò),D錯(cuò)

8.CFkA

    由①②可知,C正確.

9.C先根據(jù)題意畫出電子所走的弧,因?yàn)榛∩先我庖稽c(diǎn)的速度方向必然與該點(diǎn)所在的半徑垂直,故可以過A點(diǎn)做與方向(即AB方向)垂直的直線,此即為帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑方向.同理過C點(diǎn)作垂直于BC的直線,也為該點(diǎn)的半徑方向,兩半徑相交點(diǎn)即為帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心.如答圖1所示.由圖示情況可以看出

答圖1

    當(dāng)時(shí)電子剛好不能從BC邊射出.

    要使電子可以從BC邊射出,必滿足r,而r,

    ∴B時(shí),電子可以從BC邊射出

10.D11.(1)大于(2)軌道末端出口水平(3)P、為落地的平均位置,F一步中的應(yīng)為-2r,

12.(1)1.000

 (2)①略

    ②A.將滑動(dòng)變阻器調(diào)至輸出電壓為零的位置,再合上

    B.將扳向2,調(diào)滑動(dòng)變阻器使電流表指針在某一電流刻度,并記下該位置.

    C.使阻值最大后,將扳向1,調(diào)電阻箱,使電流表指針回到所記的位置,記下電阻箱阻值

    D.被測(cè)電阻

13.偵察衛(wèi)星環(huán)繞地球一周,通過有日照的赤道一次,在衛(wèi)星一個(gè)周期時(shí)間(設(shè)為)地球自轉(zhuǎn)的角度為q ,只要q 角所對(duì)應(yīng)的赤道弧長(zhǎng)能被拍攝下來,則一天時(shí)間內(nèi),地面上赤道處全部在有日照條件下就能被拍攝下來.設(shè)偵察衛(wèi)量的周期為,地球?qū)πl(wèi)星的萬有引力為衛(wèi)星做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,衛(wèi)星的軌道半徑rRh,根據(jù)牛頓第二定律,則

    在地球表面的物體重力近似等于地球的萬有引力,即mg

    解得偵察衛(wèi)星的周期為

    已知地球自轉(zhuǎn)周期為T,則衛(wèi)星繞行一周,地球自轉(zhuǎn)的角度為q =2p?

    攝像機(jī)應(yīng)拍攝赤道圓周的弧長(zhǎng)為q 角所對(duì)應(yīng)的圓周弧長(zhǎng)應(yīng)為

   

14.當(dāng)開關(guān)S在位置1時(shí),粒子在電容器中做類平拋運(yùn)動(dòng),即水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),豎直方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),有

    lvt

    得

    則帶電粒子的初速度

    (m/s)

    當(dāng)S接到2位置時(shí),電容器內(nèi)形成按余弦規(guī)律變化的振蕩電場(chǎng),周期為

   

    接到位置2時(shí),電容器內(nèi)電場(chǎng)仍豎直向上,設(shè)粒子在第一個(gè)內(nèi)加速向下運(yùn)動(dòng),在第二個(gè)內(nèi)減速向下運(yùn)動(dòng),在半個(gè)周期結(jié)束時(shí),粒子的速度為零,平均加速度a,運(yùn)動(dòng)時(shí)間t,故粒子半個(gè)周期內(nèi)豎直方向位移,粒子不會(huì)打到下極板上.

    在第三個(gè)內(nèi),粒子加速向上運(yùn)動(dòng),在第四個(gè)內(nèi)減速向上運(yùn)動(dòng),在后半個(gè)周期結(jié)束時(shí),粒子的速度為零.從對(duì)稱性角度考慮,經(jīng)過一個(gè)周期,粒子又回到兩板中央,豎直方向速度為零.

    不論電容器內(nèi)電場(chǎng)如何作用周期性的變化,粒子在水平方向不受電場(chǎng)力的作用,水平速度不變,所以粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間仍為2×s,在這一時(shí)間內(nèi),電場(chǎng)做周期性變化的次數(shù)

   

    所以當(dāng)粒子離開電容器時(shí),豎直速度為零,水平速度不變,仍為v=1.0×m/s,從兩板中央飛出.

    所以粒子能飛出電容器,從兩板中央水平飛出,v=1.00×m/s.

15.(1)滑塊速度向右,根據(jù)勻速運(yùn)動(dòng)條件

   

    可知E的方向必水平向右.

    由返回速度向左且作勻速運(yùn)動(dòng)可知

    mg

    而題中有:

    ②③聯(lián)立得知,即=2mg,代入①式

    所以Em mg+2mg)/q=3m mg/q

    (2)設(shè)往返總時(shí)間為T有:

   

    即:,代入②式可得

    (3)返回時(shí)不受摩擦力,所以全過程摩擦力做功

    W=-fL=-m mgL=-3m mgL

16.用答圖2示平面內(nèi)的光線進(jìn)行分析,并只討論從右側(cè)觀察的情形,如圖所示,由亮點(diǎn)發(fā)出的任一光線CP線經(jīng)過兩次折射而從液面射出.由折射定律,按圖上標(biāo)記的各相關(guān)角度.有sina nsinb  

    sing =(1/n)sind

    其中d ≤p /2g =(p /2)-(b j ) ③

答圖2

    注意到,若液體內(nèi)光線入射到液面上時(shí)發(fā)生全反射,就沒有從液面射出的折射光線.全反射臨界角滿足條件sin=1/n

    可知光線CP經(jīng)折射后能從液面射出從而可被觀察到的條件為g

    或sing <1/n

    現(xiàn)在計(jì)算sing .利用③式可得

    sing =cos(b j )=cosb cosj -sinb sinj

    由①式可得cosb

    因此,nsing =cosj -nsinb sinj 又由①式nsing=cosj  -sina sinj  ⑥

    由圖及①、②式,或由⑥式均可看出a 越大則g 越小,因此,如果與a 值最大的光線相應(yīng)的g 設(shè)為,若,則任何光線都不能射出液面.反之,只要,這部分光線就能射出液面,從液面上方可以觀察到亮點(diǎn).由此極端情況即可求出本題要求的條件.

    自C點(diǎn)發(fā)出的a 值最大的光線是極靠近CD的光線,它被DB面折射后進(jìn)入液體,由⑥式可知與之相應(yīng)的

    a =(p /2)-j

    nsin=cosj  -cosj sinj

    能觀察到亮點(diǎn)的條件為nsin<1

    即cosj -cosj sinj <1

    上式可寫成cosj <1+cosj sinj

    取平方

    化簡(jiǎn)

    故

    開方并化簡(jiǎn)可得

    這就是在液面上方從側(cè)面適當(dāng)?shù)姆较蚰芸吹搅咙c(diǎn)時(shí)nj 之間應(yīng)滿足的條件.

17.(1)激光器的功率為NE

    已知激光對(duì)物體表面的壓力為F=2N?p

    由光壓的定義

    聯(lián)立以上各式得

    (2)太陽光對(duì)薄膜產(chǎn)生的光壓

     ⑤

    探測(cè)器受到的總光壓力

    FI?S

    以探測(cè)器為研究對(duì)象,根據(jù)牛頓第二定律Fm?a

   

18.(1)由豎直上拋運(yùn)動(dòng)得炮彈被射出時(shí)的初速度

    (2)由動(dòng)量守恒定律得:

    帶電物體在洛侖茲力作用下的直線運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng),假設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度方向豎直向上,根據(jù)受力有:

   

    聯(lián)立②③④得:

    兩物體勻速運(yùn)動(dòng)的速度

    ∴40m/s ⑤

    50m/s ⑥

    所加電場(chǎng)為

   

    因?yàn)?i>E為正,所以場(chǎng)強(qiáng)方向豎直向上

    (3)由動(dòng)能定理得:爆炸對(duì)兩物體做的功

   

   

    (4)由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得落地時(shí)間:

   

    兩物體的水平位移

    =40×4m160m

    =50×4m200m

    兩物體落地點(diǎn)間的距離

    DsL=360+20=380m

 

 

 


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