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(分)地球绕太阳的运动可看作是轨道半径为R的匀速圆周运动,太阳源源不断地向四周辐射能量,太阳光的总辐射功率为PS,太阳光在穿过太空及地球大气层到达地面的过程中,大约有30%的能量损耗。到达地面的太阳光由各种频率的光子组成,每个光子不仅具有能量,还具有动量,其能量与动量的比值为cc为真空中的光速。(在计算时可认为每个光子的频率均相同)

(1)求射到地面的太阳光在垂直于太阳光方向的单位面积上的辐射功率Pe

(2)辐射到物体表面的光子被物体吸收或反射时都会对物体产生压强,光子对被照射物体单位面积上所施加的压力叫做光压,假设辐射到地面的太阳光被地面全部吸收,求太阳光对地面的光压I

(3)试证明:地球表面受到的太阳光辐射压力,和地球绕太阳做圆周运动的轨道半径R的平方成反比(PS可认为不变)。

(1) Pe=

(2)  

(3)设地球半径为r,则地球受到的光辐射压力为   

因为:I=    所以:  

由于式中Psrc均为常量,可见地球所受的光辐射压力和地球到太阳的距离R的平方成反比。


解析:

(1)太阳向各个方向均匀辐射,则  Pe==··············································· ①

(2)在地面上取一个很小的截面积S,设在很短的时间间隔t内,有N个光子垂直射入此面积,产生的光压力为F,根据动量定理  -Ft=0-NP································································································ ②

根据光压的定义  I= ····························································································· ③

根据光子能量E和动量p的大小关系  P= ··································································· ④

在地球轨道处、垂直于太阳光方向的单位面积上的太阳辐射功率  Pe= ······························· ⑤

联立解得  I= ································································································ ⑥

(3)设地球半径为r,则地球受到的光辐射压力为 FeI·πr2 ················································ ⑦

联立⑥⑦解得  Fe·πr2· ····································································· ⑧

式中Psrc均为常量,可见地球所受的光辐射压力和地球到太阳的距离R的平方成反比············· ⑨

练习册系列答案
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(2012?深圳二模)地球绕太阳的运动可视为匀速_周运动.由于太阳内部的核反应导致太阳的质量不断减小,而使万有引力变小.若干年后,地球绕太阳的运动情况与现在相比(  )

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地球绕太阳的运动可看作是轨道半径为R的匀速圆周运动,太阳源源不断地向四周辐射能量,太阳光的总辐射功率为PS,太阳光在穿过太空及地球大气层到达地面的过程中,大约有30%的能量损耗.到达地面的太阳光由各种频率的光子组成,每个光子不仅具有能量,还具有动量,其能量与动量的比值为c,c为真空中的光速.(在计算时可认为每个光子的频率均相同)
(1)求射到地面的太阳光在垂直于太阳光方向的单位面积上的辐射功率Pe
(2)辐射到物体表面的光子被物体吸收或反射时都会对物体产生压强,光子对被照射物体单位面积上所施加的压力叫做光压,假设辐射到地面的太阳光被地面全部吸收,求太阳光对地面的光压I;
(3)试证明:地球表面受到的太阳光辐射压力,和地球绕太阳做圆周运动的轨道半径R的平方成反比(PS可认为不变).

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20.( 13 分)光子不仅具有能量,而且还具有动量,频率为ν的光子的能量为 hν,动量hν/c,式中h为普朗克常量,c为光速。光子射到物体表面时将产生压力作用,这就是光压.设想有一宇宙尘埃,可视为一半径R=10.0cm的小球,其材料与地球的相同,它到太阳的距离与地球到太阳的距离相等.试计算太阳辐射对此尘埃作用力的大小与太阳对它万有引力大小的比值.假定太阳辐射射到尘埃时被尘埃全部吸收.已知:地球绕太阳的运动可视为圆周运动,太阳辐射在单位时间内射到位于地球轨道处的、垂直于太阳光线方向的单位面积上的辐射能 S =1.37×103W· m-2,地球到太阳中心的距离r0c=1.5×1011m,地球表面附近的重力加速度 g=10m·s-2 ,地球半径 R 0=6.4×106rn ,引力恒量G=6.67×10-11N·m2·kg-2

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