根据量子理论,光子具有动量.光子的动量等于光子的能量除以光速,即P=E/c.光照射到物体表面并被反射时,会对物体产生压强,这就是“光压”.光压是光的粒子性的典型表现.光压的产生机理如同气体压强:由大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强.
(1)激光器发出的一束激光的功率为P,光束的横截面积为S.当该激光束垂直照射在物体表面时,试计算单位时间内到达物体表面的光子的总动量.
(2)若该激光束被物体表面完全反射,试求出其在物体表面引起的光压表达式.
(3)设想利用太阳的光压将物体送到太阳系以外的空间去,当然这只须当太阳对物体的光压超过了太阳对物体的引力才行.现如果用一种密度为1.0×103kg/m3的物体做成的平板,它的刚性足够大,则当这种平板厚度较小时,它将能被太阳的光压送出太阳系.试估算这种平板的厚度应小于多少(计算结果保留二位有效数字)?设平板处于地球绕太阳运动的公转轨道上,且平板表面所受的光压处于最大值,不考虑太阳系内各行星对平板的影响.已知地球公转轨道上的太阳常量为1.4×103J/m2•s(即在单位时间内垂直辐射在单位面积上的太阳光能量),地球绕太阳公转的加速度为5.9×10-3m/s2)
高二物理计算题极难题
根据量子理论,光子具有动量.光子的动量等于光子的能量除以光速,即P=E/c.光照射到物体表面并被反射时,会对物体产生压强,这就是“光压”.光压是光的粒子性的典型表现.光压的产生机理如同气体压强:由大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强.
(1)激光器发出的一束激光的功率为P,光束的横截面积为S.当该激光束垂直照射在物体表面时,试计算单位时间内到达物体表面的光子的总动量.
(2)若该激光束被物体表面完全反射,试求出其在物体表面引起的光压表达式.
(3)设想利用太阳的光压将物体送到太阳系以外的空间去,当然这只须当太阳对物体的光压超过了太阳对物体的引力才行.现如果用一种密度为1.0×103kg/m3的物体做成的平板,它的刚性足够大,则当这种平板厚度较小时,它将能被太阳的光压送出太阳系.试估算这种平板的厚度应小于多少(计算结果保留二位有效数字)?设平板处于地球绕太阳运动的公转轨道上,且平板表面所受的光压处于最大值,不考虑太阳系内各行星对平板的影响.已知地球公转轨道上的太阳常量为1.4×103J/m2•s(即在单位时间内垂直辐射在单位面积上的太阳光能量),地球绕太阳公转的加速度为5.9×10-3m/s2)
高二物理计算题极难题查看答案及解析
高二物理解答题中等难度题查看答案及解析
光子具有能量,也具有动量。光照射到物体表面时,会对物体产生压强,这就是“光压”。光压的产生机理如同气体压强:大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强。设太阳光每个光子的平均能量为E,太阳光垂直照射地球表面时,在单位面积上的辐射功率为P0。已知光速为c,则光子的动量为E/c。求:
(1)若太阳光垂直照射在地球表面,则时间t内照射到地球表面上半径为r的圆形区域内太阳光的光子个数是多少?
(2)若太阳光垂直照射到地球表面,在半径为r的某圆形区域内被完全反射(即所有光子均被反射,且被反射前后的能量变化可忽略不计),则太阳光在该区域表面产生的光压(用I表示光压)是多少?
(3)有科学家建议利用光压对太阳帆的作用作为未来星际旅行的动力来源。一般情况下,太阳光照射到物体表面时,一部分会被反射,还有一部分被吸收。若物体表面的反射系数为ρ,则在物体表面产生的光压是全反射时产生光压的倍。设太阳帆的反射系数ρ=0.8,太阳帆为圆盘形,其半径r=15m,飞船的总质量m=100kg,太阳光垂直照射在太阳帆表面单位面积上的辐射功率P0=1.4kW,已知光速c=3.0×108m/s。利用上述数据并结合第(2)问中的结论,求太阳帆飞船仅在上述光压的作用下,能产生的加速度大小是多少?不考虑光子被反射前后的能量变化。(保留2位有效数字)
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(10分)光子具有能量,也具有动量。光照射到物体表面时,会对物体产生压强,这就是“光压”。光压的产生机理如同气体压强:大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强。设太阳光每个光子的平均能量为E,太阳光垂直照射地球表面时,在单位面积上的辐射功率为P0。已知光速为c,则光子的动量为E/c。求:
(1)若太阳光垂直照射在地球表面,则时间t内照射到地球表面上半径为r的圆形区域内太阳光的总能量及光子个数分别是多少?
(2)若太阳光垂直照射到地球表面,在半径为r的某圆形区域内被完全反射(即所有光子均被反射,且被反射前后的能量变化可忽略不计),则太阳光在该区域表面产生的光压(用I表示光压)是多少?
(3)有科学家建议利用光压对太阳帆的作用作为未来星际旅行的动力来源。一般情况下,太阳光照射到物体表面时,一部分会被反射,还有一部分被吸收。若物体表面的反射系数为ρ,则在物体表面产生的光压是全反射时产生光压的倍。设太阳帆的反射系数ρ=0.8,太阳帆为圆盘形,其半径r=15m,飞船的总质量m=100kg,太阳光垂直照射在太阳帆表面单位面积上的辐射功率P0=1.4kW,已知光速c=3.0×108m/s。利用上述数据并结合第(2)问中的结论,求太阳帆飞船仅在上述光压的作用下,能产生的加速度大小是多少?不考虑光子被反射前后的能量变化。(保留2位有效数字)
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根据量子理论,光子的能量为E=hv,其中h是普朗克常量。
(1)根据爱因斯坦提出的质能方程E=mc2,光子的质量可表示为m=E/c2,由动量的定义和相关知识,推导出波长为λ的光子动量的表达式p=h/λ;
(2)光子能量和动量的关系是E=pc。既然光子有动量,那么光照到物体表面,光子被物体吸收或反射时,都会对物体产生压强,这就是“光压”。
a. 一台二氧化碳气体激光器发出的激光功率为P0=103W,发出的一细束激光束的横截面积为S=1mm2。若该激光束垂直照射到物体表面,且光子全部被该物体吸收,求激光束对该物体产生的光压P0的大小;
b. 既然光照射物体会对物体产生光压,科学家设想在遥远的宇宙探测中,可以用光压为动力使航天器加速,这种探溅器被称做“太阳帆”。设计中的某个太阳帆,在其运行轨道的某一阶段,正在朝远离太阳的方向运动,太阳帆始终保持正对太阳。已知太阳的质量为2×1030kg,引力常量G=7×10-11Nm2/kg2,太阳向外辐射能量的总功率为P=4×1026W,太阳光照到太阳帆后有80%的太阳光被反射。探测器的总质量为m=50kg。考虑到太阳对探测器的万有引力的影响,为了使由太阳光光压产生的推动力大于太阳对它的万有引力,太阳帆的面积S至少要多大?(计算结果保留1位有效数字)
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以下说法中不正确的是
A. 普朗克在研究黑体辐射问题的过程中提出了能量子假说( )
B. 康普顿效应说明光子有动量,即光具有粒子性
C. 玻尔建立了量子理论,成功解释了各种原子发光现象
D. 卢瑟福提出的核式结构模型成功的解释了α粒子散射现象
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以下说法正确的是
A.普朗克在研究黑体辐射问题的过程中提出了能量子假说
B.康普顿效应说明光子有动量,即光具有粒子性
C.玻尔建立了量子理论,成功解释了各种原子发光现象
D.天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构
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以下说法中确的是( )
A.普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说
B.康普顿效应说明光子有动量,即光具有粒子性
C.玻尔建立了量子理论,成功解释了各种原子发光现象
D.卢瑟福提出的核式结构模型成功的解释了α粒子散射现象
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已知光速为c,普朗克常数为h,则频率为ν的光子的动量为.用该频率的光垂直照射平面镜,光被镜面全部垂直反射回去,则光子在反射前后动量改变量的大小为 .
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