Question

2005年7月欧洲将向金星发射首枚探测器“金星快车”，在金星探测中，动力问题是一个关键问题．目前研究比较成熟又可靠的是太阳帆推进器．根据量子理论，光子不但有能量，还有动量，其计算式为p=h/l ，其中h是普朗克常量，l是光子的波长．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，光都会对物体产生压强，这就是“光压”．

　　(1)一台二氧化碳气体激光器发出的激光功率为P₀=1000W，射出光束的横截面积为S=1.00mm²，当它垂直照射到某一物体表面时，对该物体产生的最大光压将是多大？

　　(2)既然光照射物体会对物体产生光压，有人设想在遥远的宇宙探测过程中用光压力为动力推动航天器加速．给探测器安装上面积极大、反射率极高的薄膜，并让它正对太阳．已知在地球绕日轨道上，每平方米面积上得到的太阳光能的功率为1.35kW，探测器质量为M=50kg，薄膜面积为4×10⁴m²，那么探测器能得到的加速度为多大？

Answer 1

答案：见详解
解析：

由E=hv和p=h/ l 以及真空中光速c=lv，不难得出光子的能量和动量之间的关系：E=pc．设时间t内激光器射出的光子个数为n，每个光子的能量为E，动量为p动，激光照到物体上后全部被反射，这时激光对物体的光压最大．设这个压强为p，则有：，，将E　p动c代入，得p= 　　所以：(1) 　　(2)同理可得p′=9.0×10-6Pa，再由牛顿第二定律得．这个加速度虽然很小，但通过长时间加速后也能得到可观的速度增量，这对远距离的太空探测来说是可行的． 　　说明：“光压”是高中物理没有学到的新概念，但题干中已给出新慨念的定义，在考试中要求学生在短时间内掌握新概念，并根据新概念结合已有知识进行综合分析，找出解题突破口．高考中曾多次考过高中没有学到的一些概念，如“粘滞阻力”、“霍尔效应”、“俄歇电子”、“磁能密度”、“电磁辐射强度”等等．