【題目】我們知道,根據(jù)光的粒子性,光的能量是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫一個(gè)光子,光子具有動(dòng)量( hv/c ) 和能量(hv ),當(dāng)光子撞擊到光滑的平面上時(shí),可以像從墻上反彈回來的乒乓球一樣改變運(yùn)動(dòng)方向,并給撞擊物體以相應(yīng)的作用力。光對被照射物體單位面積上所施加的壓力叫光壓。聯(lián)想到人類很早就會(huì)制造并廣泛使用的風(fēng)帆,能否做出利用太陽光光壓的太陽帆進(jìn)行宇宙航行呢?

1924年,俄國航天事業(yè)的先驅(qū)齊奧爾科夫斯基和其同事燦德爾明確提出用照射到很薄的巨大反射鏡上的太陽光所產(chǎn)生的推力獲得宇宙速度,首次提出了太陽帆的設(shè)想。但太陽光壓很小,太陽光在地球附近的光壓大約為106N/m2,但在微重力的太空,通過增大太陽帆面積,長達(dá)數(shù)月的持續(xù)加速,使得太陽帆可以達(dá)到甚至超過宇宙速度。IKAROS 是世界第一個(gè)成功在行星際空間運(yùn)行的太陽帆。2010521日發(fā)射,2010128日,IKAROS 在距離金星 80,800 公里處飛行掠過,并進(jìn)入延伸任務(wù)階段。

設(shè)太陽單位時(shí)間內(nèi)向各個(gè)方向輻射的總能量為E,太空中某太陽帆面積為S,某時(shí)刻距太陽距離為r(r很大,故太陽光可視為平行光,太陽帆位置的變化可以忽略),且帆面和太陽光傳播方向垂直,太陽光頻率為v,真空中光速為c,普朗克常量為h。

(1)當(dāng)一個(gè)太陽光子被帆面完全反射時(shí),求光子動(dòng)量的變化P,判斷光子對太陽帆面作用力的方向。

(2)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)該航天器太陽帆面的光子數(shù)。

(3)事實(shí)上,到達(dá)太陽帆表面的光子一部分被反射,其余部分被吸收。被反射的光子數(shù)與入射光子總數(shù)的比,稱為反射系數(shù)。若太陽帆的反射系數(shù)為ρ,求該時(shí)刻太陽光對太陽帆的作用力。

【答案】(1)P=,方向相反(2)(3)

【解析】解:(1)光子動(dòng)量的變化 ,

作用力方向與反射前光子速度方向相同

(2)光子能量E0=hv

單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)太陽帆光能量E

光子數(shù)

(3)時(shí)間內(nèi):反射光子動(dòng)量變化

吸收光子動(dòng)量變化

根據(jù)動(dòng)量定理

得太陽光對太陽帆的作用力

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體薄片上,制作四個(gè)電極E、F、MN,做成了一個(gè)霍爾元件,在E、F間通入恒定電流I,同時(shí)外加與薄片垂直的磁場B,M、N間的電壓為UH.已知半導(dǎo)體薄片中的載流子為正電荷,電流與磁場的方向如圖所示,下列說法正確的有( 。

A. N板電勢高于M板電勢

B. 磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,MN間電勢差越大

C. 將磁場方向變?yōu)榕c薄片的上、下表面平行,UH不變

D. 將磁場和電流分別反向,N板電勢低于M板電勢

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示圖中兩條平行虛線間存有勻強(qiáng)磁場,虛線間的距離為2L,磁場方向垂直紙面向里.abcd是位于紙面內(nèi)的梯形閉合線圈,adbc間的距離為2L且均與ab相互垂直ad邊長為2L,bc邊長為3Lt=0時(shí)刻,c點(diǎn)與磁場區(qū)域左邊界重合現(xiàn)使線圈以恒定的速度沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過磁場區(qū)域a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正,則在線圈穿過磁場區(qū)域的過程中線圈中感應(yīng)電流Iab間電勢差Uab隨位移x變化的關(guān)系圖線可能是

A. B.

C. D.

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【題目】甲圖是傳送帶緊貼矩形桌面的俯視示意圖。傳送帶和桌面在同一水平面且都足夠?qū)挕⒆銐蜷L,傳送帶沿圖示方向運(yùn)動(dòng)。abcd是垂直水平面固定的光滑擋板條,abcd部分是直的,bc是平滑過渡部分。擋板條ab部分與傳送帶運(yùn)動(dòng)方向的夾角為θ。質(zhì)量為m1的小滑塊A與傳送帶的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,從a點(diǎn)由靜止釋放,最后與靜止在桌面c點(diǎn)、質(zhì)量為m2的小滑塊B發(fā)生彈性正碰。小滑塊A、B均可視為質(zhì)點(diǎn),桌面c點(diǎn)左側(cè)光滑,右側(cè)與小滑塊AB的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ1,重力加速度為g

1)若m1=3m2,小滑塊A碰前瞬間的速率為v0,求小滑塊AB碰后在桌面滑行的距離之比s1s2。

2)在滿足m1<m2的前提下,小滑塊A碰前瞬間的速率v0一定,m2取不同值,小滑塊A、B碰后速率也會(huì)不同。乙圖中的實(shí)線反映了小滑塊A碰后從b點(diǎn)滑上傳送帶的速率vb與再次滑出傳送帶的速率vb的關(guān)系。圖中p點(diǎn)對應(yīng)著小滑塊A、B最后停在桌面上同一位置,求其相應(yīng)的m1m2

3)若傳送帶的速度恒定為v0,請求小滑塊A經(jīng)過b點(diǎn)時(shí)的速率v0,并從速度與加速度兩個(gè)角度,定性描述小滑塊Aa點(diǎn)由靜止釋放到b點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】臺球是一項(xiàng)深受人們喜愛的休閑運(yùn)動(dòng),美式臺球中共由大小相同的1個(gè)白球(母球)15個(gè)花球(色球)組成,又稱花式臺球如圖在某次擊球過程中,白球以3m/s的速度向右運(yùn)動(dòng)與靜止的黑球發(fā)生正碰,假設(shè)白球與黑球質(zhì)量相等,碰撞中沒有機(jī)械能損失,將臺球視為質(zhì)點(diǎn),通過計(jì)算得到兩球碰撞后的運(yùn)動(dòng)情況為:

A. 白球靜止,黑球以3m/s的速度向右運(yùn)動(dòng)

B. 黑球靜止,白球以3m/s的速度反彈向左運(yùn)動(dòng)

C. 白球和黑球都以下1.5m/s的速度向右運(yùn)動(dòng)

D. 白球以3m/s的速度反彈向左運(yùn)動(dòng),黑球以3m/s的速度向右運(yùn)動(dòng)

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】為了探究加速度與力的關(guān)系,某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,帶滑輪的長木板水平放置,板上有兩個(gè)光電門相距為d,滑塊通過細(xì)線與重物相連,細(xì)線的拉力F大小等于力傳感器的示數(shù).讓滑塊從光電門1由靜止釋放,記下滑到光電門2的時(shí)間t,改變重物質(zhì)量來改變細(xì)繩拉力大小,重復(fù)以上操作5次,得到下列表格中5組數(shù)據(jù).

依據(jù)表中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出a—F圖象,由圖象可得滑塊質(zhì)量m=_________kg,滑塊和軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=____________(取g=10m/s2)(均保留兩位有效數(shù)字)

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】用回旋加速器分別加速某一元素的一價(jià)正離子和二價(jià)正離子,粒子開始釋放的位置均在A點(diǎn),加速電壓相同,則關(guān)于一價(jià)正離子和二價(jià)正離子的加速,下列說法不正確的是( 。

A. 獲得的最大速度之比為1:2

B. 獲得的最大動(dòng)能之比為1:4

C. 加速需要的交變電壓的頻率之比為2:1

D. 經(jīng)加速電場加速的次數(shù)之比為1:2

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,豎直平面內(nèi)放一直角桿,桿的各部分均光滑,水平部分套有質(zhì)量為mA=3kg的小球A,豎直部分套有質(zhì)量為mB=2kg的小球B,A、B之間用不可伸長的輕繩相連。在水平外力F的作用下,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài),且,,重力加速度g=10m/s2.

(1)求水平拉力F的大小和水平桿對小球A彈力的大小;

(2)若改變水平力F大小,使小球A由靜止開始,向右做加速度大小為4.5m/s2的勻加速面線運(yùn)動(dòng),求經(jīng)過拉力F所做的功.

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,一根足夠長的粗金屬棒MN固定放置,它的M端連一個(gè)定值電阻R,定值電阻的另一端連接在金屬軸O上,另外一根長為l的金屬棒ab,a端與軸O相連,b端與MN棒上的一點(diǎn)接觸,此時(shí)ab與MN間的夾角為?臻g存在著方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。現(xiàn)使ab棒以O(shè)為軸逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)半周,角速度大小為ω,轉(zhuǎn)動(dòng)過程中與MN棒接觸良好,兩金屬棒及導(dǎo)線的電阻都可忽略不計(jì)。

(1)求出電阻R中有電流存在的時(shí)間;

(2)求出這段時(shí)間內(nèi)流過電阻R的總電量;

(3)寫出這段時(shí)間內(nèi)電阻R兩端的電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系式。

【答案】(1)

(2)

(3)

【解析】

試題分析:(1)當(dāng)金屬桿轉(zhuǎn)動(dòng)900時(shí),電阻R上有電流,故時(shí)間為:;

(2)流過電阻R的總電量 ;

(3)當(dāng)導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)過角度時(shí),由正弦定理,有,又,得

考點(diǎn):法拉第電磁感應(yīng)定律

型】解答
結(jié)束】
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【題目】如圖甲所示,物塊A、B的質(zhì)量分別是mA=4.0kgmB=3.0kg。用輕彈簧拴接,放在光滑的水平地面上,物塊B右側(cè)與豎直墻相接觸。另有一物塊Ct=0時(shí)以一定速度向右運(yùn)動(dòng),t=4s時(shí)與物塊A相碰,并立即與A粘在一起不再分開,物塊Cv-t圖像如圖乙所示。求:

(1)物塊C的質(zhì)量 m C;

(2)從物塊 C A相碰到 B離開墻的運(yùn)動(dòng)過程中彈簧對A物體的沖量大小。

(3) B離開墻后的運(yùn)動(dòng)過程中彈簧具有的最大彈性勢能?

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同步練習(xí)冊答案