问题标题:
光对被照射物体单位面积上所施加的压力叫光压,也称为辐射压强.1899年,俄国物理学家列别捷夫用实验测得了光压,证实了光压的存在.根据光的粒子性,在理解光压的问题上,可以简化
问题描述:
光对被照射物体单位面积上所施加的压力叫光压,也称为辐射压强.1899年,俄国物理学家列别捷夫用实验测得了光压,证实了光压的存在.根据光的粒子性,在理解光压的问题上,可以简化为如下模型:一束光照射到物体表面,可以看作大量光子以速度c连续不断地撞向物体表面(光子有些被吸收,而有些被反射回来),因而就对物体表面产生持续、均匀的压力.
(1)假想一个质量为m的小球,沿光滑水平面以速度v撞向一个竖直墙壁,若反弹回来的速度大小仍然是v.求这个小球动量的改变量(回答出大小和方向).
(2)爱因斯坦总结了普朗克的能量子的理论,得出每一个光子的能量E=hν,在爱因斯坦的相对论中,质量为m的物体具有的能量为E=mc2,结合你所学过的动量和能量守恒的知识,证明:光子的动量P=
(3)由于光压的存在,科学家们设想在太空中利用太阳帆船进行星际旅行--利用太空中阻力很小的特点,制作一个面积足够大的帆接收太阳光,利用光压推动太阳帆船前进,进行星际旅行.假设在太空中某位置,太阳光在单位时间内、垂直通过单位面积的能量为E0,太阳光波长的均值为λ,光速为c,太空帆的面积为A,太空船的总质量为M,光子照射到太阳帆上的反射率为百分之百,求太阳光的光压作用在太空船上产生的最大加速度是多少?
根据上述对太空帆船的了解及所学过的知识,你简单地说明一下,太空帆船设想的可能性及困难(至少两条).
胡宾回答:
(1)取撞向竖直平面的速度方向为正方向:
△P=-mv-mv=-2mv
动量改变量的大小为2mv,方向沿反弹回来的速度方向;
(2)由c=λν,E=hν,得:E=hcλ
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