高中物理微元法解決物理試題技巧小結(jié)及練習(xí)題(編輯修改稿)
2025-04-05 04:17 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 光器發(fā)射的光子數(shù)光照射物體表面，由動(dòng)量定理得F△t=0np產(chǎn)生的光壓I1=解得 ②假設(shè)其中被白紙反射的光占入射光的比例為η，這些光對(duì)物體產(chǎn)生的壓力為F1，（1η）被黑紙片吸收，對(duì)物體產(chǎn)生的壓力為F2．根據(jù)動(dòng)量定理得F1△t=0（1η）npF2△t=ηnpηnp產(chǎn)生的光壓聯(lián)立解得 【點(diǎn)睛】本題要抓住光子的能量與動(dòng)量區(qū)別與聯(lián)系，掌握動(dòng)量定理的應(yīng)用，注意建立正確的模型是解題的關(guān)鍵．8．根據(jù)量子理論，光子具有動(dòng)量．光子的動(dòng)量等于光子的能量除以光速，即P=E/c．光照射到物體表面并被反射時(shí)，會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”．光壓是光的粒子性的典型表現(xiàn)．光壓的產(chǎn)生機(jī)理如同氣體壓強(qiáng)：由大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞產(chǎn)生了持續(xù)均勻的壓力，器壁在單位面積上受到的壓力就是氣體的壓強(qiáng)．（1）激光器發(fā)出的一束激光的功率為P，光束的橫截面積為S．當(dāng)該激光束垂直照射在物體表面時(shí)，試計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)物體表面的光子的總動(dòng)量．（2）若該激光束被物體表面完全反射，試求出其在物體表面引起的光壓表達(dá)式．（3）設(shè)想利用太陽(yáng)的光壓將物體送到太陽(yáng)系以外的空間去，當(dāng)然這只須當(dāng)太陽(yáng)對(duì)物體的光壓超過(guò)了太陽(yáng)對(duì)物體的引力才行．現(xiàn)如果用一種密度為1．0103kg/m3的物體做成的平板，它的剛性足夠大，則當(dāng)這種平板厚度較小時(shí)，它將能被太陽(yáng)的光壓送出太陽(yáng)系．試估算這種平板的厚度應(yīng)小于多少（計(jì)算結(jié)果保留二位有效數(shù)字）？設(shè)平板處于地球繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的公轉(zhuǎn)軌道上，且平板表面所受的光壓處于最大值，不考慮太陽(yáng)系內(nèi)各行星對(duì)平板的影響．已知地球公轉(zhuǎn)軌道上的太陽(yáng)常量為1．4103J/m2?s（即在單位時(shí)間內(nèi)垂直輻射在單位面積上的太陽(yáng)光能量），地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的加速度為5．9103m/s2）【答案】（1）P/C （2）p壓強(qiáng)=F/S=2P/Cs （3）1．6106m【解析】試題分析：（1）設(shè)單位時(shí)間內(nèi)激光器發(fā)出的光子數(shù)為n，每個(gè)光子能量為E，動(dòng)量為p，則激光器的功率為P=nE所以單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)物體表面的光子的總動(dòng)量為（2）激光束被物體表面反射時(shí)，其單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)量改變量為△p=2 p總=2P/c．根據(jù)動(dòng)量定理可知，物體表面對(duì)激光束的作用力 F=△p =2P/c．由牛頓第三定律可知，激光束對(duì)物體表面的作用力為F=2P/c，在物體表面引起的光壓表達(dá)式為：p壓強(qiáng)=F/S=2P/cS．（3）設(shè)平板的質(zhì)量為m，密度為ρ，厚度為d，面積為S1，太陽(yáng)常量為J，地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的加速度為a，利用太陽(yáng)的光壓將平板送到太陽(yáng)系以外的空間去必須滿足條件：太陽(yáng)光對(duì)平板的壓力大于太陽(yáng)對(duì)其的萬(wàn)有引力．由（2）得出的結(jié)論可得，太陽(yáng)光對(duì)平板的壓力F=2JS1/c．太陽(yáng)對(duì)平板的萬(wàn)有引力可表示為f=ma，所以，2JS1/c． ma，平板質(zhì)量m=ρdS1，所以 ，2JS1/c． ρdS1a，解得：d=1．6106m．即：平板的厚度應(yīng)小于1．6106m．考點(diǎn)：動(dòng)量定理、萬(wàn)有引力定律【名師點(diǎn)睛】9．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地揭示了光的粒子性的一面．前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量．由狹義相對(duì)論可知，一定的質(zhì)量m與一定的能量E相對(duì)應(yīng)：，其中c為真空中光速．（1）已知某單色光的頻率為ν，波長(zhǎng)為λ，該單色光光子的能量，其中h為普朗克常量．試借用質(zhì)子、電子等粒子動(dòng)量的定義：動(dòng)量=質(zhì)量速度，推導(dǎo)該單色光光子的動(dòng)量．（2）光照射到物體表面時(shí)，如同大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞一樣，將產(chǎn)生持續(xù)均勻的壓力，這種壓力
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