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【题目】光子具有能量,也具有动量。光照射到物体表面时,会对物体产生压强,这就是“光压”。光压的产生机理如同气体压强:大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强。设太阳光每个光子的平均能量为E,太阳光垂直照射地球表面时,在单位面积上的辐射功率为P0。已知光速为c,则光子的动量为E/c。求:

(1)若太阳光垂直照射在地球表面,则时间t内照射到地球表面上半径为r的圆形区域内太阳光的光子个数是多少?

(2)若太阳光垂直照射到地球表面,在半径为r的某圆形区域内被完全反射(即所有光子均被反射,且被反射前后的能量变化可忽略不计),则太阳光在该区域表面产生的光压(用I表示光压)是多少?

(3)有科学家建议利用光压对太阳帆的作用作为未来星际旅行的动力来源。一般情况下,太阳光照射到物体表面时,一部分会被反射,还有一部分被吸收。若物体表面的反射系数为ρ,则在物体表面产生的光压是全反射时产生光压的倍。设太阳帆的反射系数ρ=0.8,太阳帆为圆盘形,其半径r=15m,飞船的总质量m=100kg,太阳光垂直照射在太阳帆表面单位面积上的辐射功率P0=1.4kW,已知光速c=3.0×108m/s。利用上述数据并结合第(2)问中的结论,求太阳帆飞船仅在上述光压的作用下,能产生的加速度大小是多少?不考虑光子被反射前后的能量变化。(保留2位有效数字)

【答案】(1)

(2)

(3)

【解析】(1)时间t内太阳光照射到面积为S的圆形区域上的总能量

解得

照射到此圆形区域的光子数

解得

(2)因光子的动量

则到达地球表面半径为r的圆形区域的光子总动量

因太阳光被完全反射,所以时间t内光子总动量的改变量

设太阳光对此圆形区域表面的压力为F,依据动量定理

太阳光在圆形区域表面产生的光压

解得

(3)在太阳帆表面产生的光压

对太阳帆产生的压力

设飞船的加速度为a,依据牛顿第二定律

解得

练习册系列答案
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【题目】如图所示,一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方,直导线与圆环在同一竖直面内,当通电直导线中电流增大时,弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将 ( )

A. S减小,l变长

B. S减小,l变短

C. S增大,l变短

D. S增大,l变长

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【题目】下列说法中正确的是(  )
A.气体吸收热量,其分子的平均动能就增大
B.科学不断进步,制冷机可以使温度降到热力学零度
C.在完全失重的情况下,熔化的金属能够收缩成标准的球形
D.温度、压力、电磁作用等不可以改变液晶的光学性质

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【题目】下列说法中正确的是 填正确答案标号

A简谐运动的周期与振幅无关

B在弹簧振子做简谐运动的回复力表达式F=-kx中,F为振动物体受到的合外力,k为弹簧的劲度系数

C在波传播方向上,某个质点的振动速度是波的传播速度

D在双缝干涉实验中,同种条件下用紫光做实验比红光做实验得到的条纹更宽

E在单缝衍射现象中要产生明显的衍射现象,狭缝宽度必须比波长小或者相差不多

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【题目】以下家用电器中利用了温度传感器的是(  )
A.空调机
B.自动门
C.走廊照明灯
D.电熨斗

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【题目】如图所示,两平行光滑的金属导轨MN、PQ固定在水平面上,相距为L,处于竖直向下的磁场中,整个磁场由n个宽度皆为x0的条形匀强磁场区域1、2、3、…、n组成,从左向右依次排列,磁感应强度大小分别为B、2B、3B、…、nB,两导轨左端MP间接入电阻R,金属棒ab垂直放在水平导轨上,且与导轨接触良好,不计导轨和金属棒的电阻.若在不同的磁场区对金属棒施加不同的拉力,使棒ab以恒定速度v向右匀速运动.取金属棒图示位置(即磁场1区左侧)为x=0,则通过棒ab的电流i、对棒施加的拉力F随位移x变化的图象是()

A. A B. B C. C D. D

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科目:高中物理 来源: 题型:

【题目】某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究:一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一小球接触而不固连;弹簧处于原长时,小球恰好在桌面边缘,如图a所示向左推小球,使弹簧压缩一段距离后由静止释放;小球离开桌面后落到水平地面通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能回答下列问题:

1)(多选本实验中可认为,弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等已知重力加速度大小为g为求得Ek,至少需要测量下列物理量中的 填正确答案标号

A小球的质量m

B小球抛出点到落地点的水平距离s

C桌面到地面的高度h

D弹簧的压缩量x

E弹簧原长l0

2用所选取的测量量和已知量表示Ek,得Ek=

3b中的直线是实验测量得到的x-s图线理论研究表明Epx的平方成正比据此可以预测如果h不变m增加,x-s图线的斜率会 增大减小不变;如果m不变,h增加,△x-s图线的斜率会 增大减小不变).

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【题目】如图所示,甲、乙两人静止在光滑的冰面上,甲沿水平方向推了乙一下,结果两人向相反方向滑去。已知甲的质量为45kg,乙的质量为50kg。则下列判断正确的是

A. 甲的速率与乙的速率之比为10:9

B. 甲的加速度大小与乙的加速度大小之比为9:10

C. 甲对乙的冲量大小与乙对甲的冲量大小之比为1:1

D. 甲的动能与乙的动能之比为1: 1

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【题目】下列说法不正确的是

A. 重力就是地球对物体的引力

B. 重力的方向竖直向下,故地球上一切物体所受的重力方向都相同

C. 物体的重心可以不在物体上

D. 弹簧测力计可以测出物体的重力,但读数时必须保持弹簧测力计和物体都是静止或匀速直线运动

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同步练习册答案