【題目】光子具有能量,也具有動(dòng)量。光照射到物體表面時(shí),會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng),這就是“光壓”。光壓的產(chǎn)生機(jī)理如同氣體壓強(qiáng):大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞產(chǎn)生了持續(xù)均勻的壓力,器壁在單位面積上受到的壓力就是氣體的壓強(qiáng)。設(shè)太陽光每個(gè)光子的平均能量為E,太陽光垂直照射地球表面時(shí),在單位面積上的輻射功率為P0。已知光速為c,則光子的動(dòng)量為E/c。求:
(1)若太陽光垂直照射在地球表面,則時(shí)間t內(nèi)照射到地球表面上半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)太陽光的光子個(gè)數(shù)是多少?
(2)若太陽光垂直照射到地球表面,在半徑為r的某圓形區(qū)域內(nèi)被完全反射(即所有光子均被反射,且被反射前后的能量變化可忽略不計(jì)),則太陽光在該區(qū)域表面產(chǎn)生的光壓(用I表示光壓)是多少?
(3)有科學(xué)家建議利用光壓對(duì)太陽帆的作用作為未來星際旅行的動(dòng)力來源。一般情況下,太陽光照射到物體表面時(shí),一部分會(huì)被反射,還有一部分被吸收。若物體表面的反射系數(shù)為ρ,則在物體表面產(chǎn)生的光壓是全反射時(shí)產(chǎn)生光壓的倍。設(shè)太陽帆的反射系數(shù)ρ=0.8,太陽帆為圓盤形,其半徑r=15m,飛船的總質(zhì)量m=100kg,太陽光垂直照射在太陽帆表面單位面積上的輻射功率P0=1.4kW,已知光速c=3.0×108m/s。利用上述數(shù)據(jù)并結(jié)合第(2)問中的結(jié)論,求太陽帆飛船僅在上述光壓的作用下,能產(chǎn)生的加速度大小是多少?不考慮光子被反射前后的能量變化。(保留2位有效數(shù)字)
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】(1)時(shí)間t內(nèi)太陽光照射到面積為S的圓形區(qū)域上的總能量
解得
照射到此圓形區(qū)域的光子數(shù)
解得
(2)因光子的動(dòng)量
則到達(dá)地球表面半徑為r的圓形區(qū)域的光子總動(dòng)量
因太陽光被完全反射,所以時(shí)間t內(nèi)光子總動(dòng)量的改變量
設(shè)太陽光對(duì)此圓形區(qū)域表面的壓力為F,依據(jù)動(dòng)量定理
太陽光在圓形區(qū)域表面產(chǎn)生的光壓
解得
(3)在太陽帆表面產(chǎn)生的光壓
對(duì)太陽帆產(chǎn)生的壓力
設(shè)飛船的加速度為a,依據(jù)牛頓第二定律
解得
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,一個(gè)有彈性的金屬圓環(huán)被一根橡皮繩吊于通電直導(dǎo)線的正下方,直導(dǎo)線與圓環(huán)在同一豎直面內(nèi),當(dāng)通電直導(dǎo)線中電流增大時(shí),彈性圓環(huán)的面積S和橡皮繩的長度l將 ( )
A. S減小,l變長
B. S減小,l變短
C. S增大,l變短
D. S增大,l變長
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【題目】下列說法中正確的是( 。
A.氣體吸收熱量,其分子的平均動(dòng)能就增大
B.科學(xué)不斷進(jìn)步,制冷機(jī)可以使溫度降到熱力學(xué)零度
C.在完全失重的情況下,熔化的金屬能夠收縮成標(biāo)準(zhǔn)的球形
D.溫度、壓力、電磁作用等不可以改變液晶的光學(xué)性質(zhì)
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【題目】下列說法中正確的是 (填正確答案標(biāo)號(hào))
A.簡諧運(yùn)動(dòng)的周期與振幅無關(guān)
B.在彈簧振子做簡諧運(yùn)動(dòng)的回復(fù)力表達(dá)式F=-kx中,F為振動(dòng)物體受到的合外力,k為彈簧的勁度系數(shù)
C.在波傳播方向上,某個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度是波的傳播速度
D.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,同種條件下用紫光做實(shí)驗(yàn)比紅光做實(shí)驗(yàn)得到的條紋更寬
E.在單縫衍射現(xiàn)象中要產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象,狹縫寬度必須比波長小或者相差不多
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,兩平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在水平面上,相距為L,處于豎直向下的磁場中,整個(gè)磁場由n個(gè)寬度皆為x0的條形勻強(qiáng)磁場區(qū)域1、2、3、…、n組成,從左向右依次排列,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B、2B、3B、…、nB,兩導(dǎo)軌左端MP間接入電阻R,金屬棒ab垂直放在水平導(dǎo)軌上,且與導(dǎo)軌接觸良好,不計(jì)導(dǎo)軌和金屬棒的電阻.若在不同的磁場區(qū)對(duì)金屬棒施加不同的拉力,使棒ab以恒定速度v向右勻速運(yùn)動(dòng).取金屬棒圖示位置(即磁場1區(qū)左側(cè))為x=0,則通過棒ab的電流i、對(duì)棒施加的拉力F隨位移x變化的圖象是()
A. A B. B C. C D. D
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【題目】某同學(xué)利用下述裝置對(duì)輕質(zhì)彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究:一輕質(zhì)彈簧放置在光滑水平桌面上,彈簧左端固定,右端與一小球接觸而不固連;彈簧處于原長時(shí),小球恰好在桌面邊緣,如圖(a)所示.向左推小球,使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放;小球離開桌面后落到水平地面.通過測(cè)量和計(jì)算,可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能.回答下列問題:
(1)(多選)本實(shí)驗(yàn)中可認(rèn)為,彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能Ep與小球拋出時(shí)的動(dòng)能Ek相等.已知重力加速度大小為g.為求得Ek,至少需要測(cè)量下列物理量中的 (填正確答案標(biāo)號(hào))
A.小球的質(zhì)量m
B.小球拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離s
C.桌面到地面的高度h
D.彈簧的壓縮量△x
E.彈簧原長l0
(2)用所選取的測(cè)量量和已知量表示Ek,得Ek= .
(3)圖(b)中的直線是實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的△x-s圖線.理論研究表明Ep與△x的平方成正比,據(jù)此可以預(yù)測(cè):如果h不變.m增加,△x-s圖線的斜率會(huì) (填“增大”、“減小”或“不變”);如果m不變,h增加,△x-s圖線的斜率會(huì) (填“增大”、“減小”或“不變”).
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【題目】如圖所示,甲、乙兩人靜止在光滑的冰面上,甲沿水平方向推了乙一下,結(jié)果兩人向相反方向滑去。已知甲的質(zhì)量為45kg,乙的質(zhì)量為50kg。則下列判斷正確的是
A. 甲的速率與乙的速率之比為10:9
B. 甲的加速度大小與乙的加速度大小之比為9:10
C. 甲對(duì)乙的沖量大小與乙對(duì)甲的沖量大小之比為1:1
D. 甲的動(dòng)能與乙的動(dòng)能之比為1: 1
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【題目】下列說法不正確的是
A. 重力就是地球?qū)ξ矬w的引力
B. 重力的方向豎直向下,故地球上一切物體所受的重力方向都相同
C. 物體的重心可以不在物體上
D. 彈簧測(cè)力計(jì)可以測(cè)出物體的重力,但讀數(shù)時(shí)必須保持彈簧測(cè)力計(jì)和物體都是靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)
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