高三物理选择题中等难度题
高三物理选择题中等难度题查看答案及解析
(15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,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l表示光压)是多少?
高三物理计算题简单题查看答案及解析
有人设想在遥远的宇宙探测时,给探测器安上反射率极高(可认为100%)的薄膜,并让它正对太阳,用光压为动力推动探测器加速。已知某探测器在轨道上运行,阳光恰好垂直照射在薄膜上,蒋膜面积为S,每秒每平方米面积获得的太阳光能为E,若探测器总质量为M,光速为c,则探测器获得的加速度大小的表达式是(光子动量为)
A. B. C. D.
高三物理单选题中等难度题查看答案及解析
有人设想在遥远的宇宙探测时,给探测器安上反射率极高(可认为100%)的薄膜,并让它正对太阳,用光压为动力推动探测器加速。已知某探测器在轨道上运行,阳光恰好垂直照射在薄膜上,蒋膜面积为S,每秒每平方米面积获得的太阳光能为E,若探测器总质量为M,光速为c,则探测器获得的加速度大小的表达式是(光子动量为)
A. B. C. D.
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有人设想在遥远的宇宙探测时,给探测器安上反射率极高(可认为100%)的薄膜,并让它正对太阳,用光压为动力推动探测器加速。已知某探测器在轨道上运行,阳光恰好垂直照射在薄膜上,蒋膜面积为S,每秒每平方米面积获得的太阳光能为E,若探测器总质量为M,光速为c,则探测器获得的加速度大小的表达式是(光子动量为)
A. B. C. D.
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高三物理解答题中等难度题查看答案及解析
有人设想在遥远的宇宙探测时,给探测器安上面积极大、反射率极高(可认为100%)的薄膜,并让它正对太阳,用光压为动力推动探测器加速.已知探测器在某轨道上运行时,每秒每平方米面积获得的太阳光能为E=1.5×104 J,薄膜面积为S=6.0×102 m2,若探测器总质量为M=60 kg,光速c=3.0×108 m/s,那么下列最接近探测器得到的加速度大小的是(根据量子理论,光子不但有能量,而且有动量.光子动量的计算式为p=,其中h是普朗克常量,λ是光子的波长)( )
A. 1.0×10-3 m/s2
B. 1.0×10-2 m/s2
C. 1.0×10-1 m/s2
D. 1 m/s2
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根据量子理论:光子既有能量也有动量;光子的能量和动量之间的关系是,期中为光速。由于光子有动量,照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的冲量,也就对物体产生了一定的压强,这就是“光压”。根据动量定理可近似认为:当动量为的光子垂直照到物体表面,若被物体反射,则物体受到的冲量大小为;若被物体吸收,则物体受到的冲量大小为。有人设想在宇宙探测中用光作为动力推动探测器加速,探测器上安装面积极大、反光率为的薄膜,并让它正对太阳。已知太阳光照射薄膜对每平方米面积上的辐射功率为,探测器和薄膜的总质量为,薄膜面积为,则关于探测器的加速度大小正确的是(不考虑万有引力等其它的力)
A. B. C. D.
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高三物理解答题中等难度题查看答案及解析
光子不仅具有能量,而且具有动量。照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的压强,这就是“光压”。光压的产生机理与气体压强产生的机理类似:大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生持续均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力表现为气体的压强。
在体积为V的正方体密闭容器中有大量的光子,如图所示。为简化问题,我们做如下假定:每个光子的频率均为V,光子与器壁各面碰撞的机会均等,光子与器壁的碰撞为弹性碰撞,且碰撞前后瞬间光子动量方向都与器壁垂直;不考虑器壁发出光子和对光子的吸收,光子的总数保持不变,且单位体积内光子个数为n;光子之间无相互作用。已知:单个光子的能量s和动量p间存在关系ε=pc(其中c为光速),普朗克常量为h。
(1)①写出单个光子的动量p的表达式(结果用c、h和ν表示);
②求出光压I的表达式(结果用n、h和ν表示);
(2)类比于理想气体,我们将题目中所述的大量光子的集合称为光子气体,把容器中所有光子的能量称为光子气体的内能.
①求出容器内光子气体内能U的表达式(结果用矿和光压,表示);
②若体积为V的容器中存在分子质量为m、单位体积内气体分子个数为n'的理想气体,分子速率均为v,且与器壁各面碰撞的机会均等;与器壁碰撞前后瞬间,分子速度方向都与器壁垂直,且速率不变。求气体内能U'与体积V和压强p气的关系;并从能量和动量之间关系的角度说明光子气体内能表达式与气体内能表达式不同的原因。
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