Question

2005年7月歐洲將向金星發(fā)射首枚探測器“金星快車”，在金星探測中，動(dòng)力問題是一個(gè)關(guān)鍵問題．目前研究比較成熟又可靠的是太陽帆推進(jìn)器．根據(jù)量子理論，光子不但有能量，還有動(dòng)量，其計(jì)算式為p=h/l ，其中h是普朗克常量，l是光子的波長．既然光子有動(dòng)量，那么光照到物體表面，光子被物體吸收或反射時(shí)，光都會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”．

　　(1)一臺(tái)二氧化碳?xì)怏w激光器發(fā)出的激光功率為P₀=1000W，射出光束的橫截面積為S=1.00mm²，當(dāng)它垂直照射到某一物體表面時(shí)，對(duì)該物體產(chǎn)生的最大光壓將是多大？

　　(2)既然光照射物體會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生光壓，有人設(shè)想在遙遠(yuǎn)的宇宙探測過程中用光壓力為動(dòng)力推動(dòng)航天器加速．給探測器安裝上面積極大、反射率極高的薄膜，并讓它正對(duì)太陽．已知在地球繞日軌道上，每平方米面積上得到的太陽光能的功率為1.35kW，探測器質(zhì)量為M=50kg，薄膜面積為4×10⁴m²，那么探測器能得到的加速度為多大？

Answer 1

答案：見詳解
解析：

由E=hv和p=h/ l 以及真空中光速c=lv，不難得出光子的能量和動(dòng)量之間的關(guān)系：E=pc．設(shè)時(shí)間t內(nèi)激光器射出的光子個(gè)數(shù)為n，每個(gè)光子的能量為E，動(dòng)量為p動(dòng)，激光照到物體上后全部被反射，這時(shí)激光對(duì)物體的光壓最大．設(shè)這個(gè)壓強(qiáng)為p，則有：，，將E　p動(dòng)c代入，得p= 　　所以：(1) 　　(2)同理可得p′=9.0×10-6Pa，再由牛頓第二定律得．這個(gè)加速度雖然很小，但通過長時(shí)間加速后也能得到可觀的速度增量，這對(duì)遠(yuǎn)距離的太空探測來說是可行的． 　　說明：“光壓”是高中物理沒有學(xué)到的新概念，但題干中已給出新慨念的定義，在考試中要求學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握新概念，并根據(jù)新概念結(jié)合已有知識(shí)進(jìn)行綜合分析，找出解題突破口．高考中曾多次考過高中沒有學(xué)到的一些概念，如“粘滯阻力”、“霍爾效應(yīng)”、“俄歇電子”、“磁能密度”、“電磁輻射強(qiáng)度”等等．