Question

【题目】根据量子理论，光子不但有动能，还有动量，其计算式为，其中是普朗克常量，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”.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中用光压为动力推动航天器加速. 给探测器安上面积极大，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为，探测器质量为，薄膜面积为，那么探测器得到的加速度为多大？

Answer 1

【答案】

【解析】

由和以及真空中光速，不难得出光子的能量和动量之间的关系：.

设时间内激光器射出的光子个数为，每个光子的能量为，动量为，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，则有，，.

将代入得.

所以，.

再由牛顿第二定律，得.

本题是光子与物体相互作用产生光压的典型示例，也是连续作用问题在光子与物体间相互作用的典型示例，阅读本题能理解光压产生的原因.

本题中航天器得到的加速度虽然很小，但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，作为科学设想，本题的构思是有其积极意义的.