Question

（15分）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(yáng)光每個(gè)光子的平均能量為E，太陽(yáng)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，求：

（1）若太陽(yáng)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(yáng)光的總能量及光子個(gè)數(shù)分別是多少？

（2）若太陽(yáng)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(yáng)光在該區(qū)域表面產(chǎn)生的光壓（用l表示光壓）是多少？

 

Answer 1

（1）

（2）

解析:（1）時(shí)間t內(nèi)太陽(yáng)光照射到面積為S的圓形區(qū)域上的總能量

                                                                                    …………2分

解得                                                                          …………1分

照射到此圓形區(qū)域的光子數(shù)

                                                                                        …………2分

解得                                                                            …………2分

（2）因光子的動(dòng)量

則達(dá)到地球表面半徑為r的圓形區(qū)域的光子總動(dòng)量

                                                                                       …………1分

因太陽(yáng)光被完全反射，所以時(shí)間t內(nèi)光子總動(dòng)量的改變量

                                                                                       …………2分

設(shè)太陽(yáng)光對(duì)此圓形區(qū)域表面的壓力為F，依據(jù)動(dòng)量定理

                                                                                        …………2分

太陽(yáng)光在圓形區(qū)域表面產(chǎn)生的光壓  …………1分

解得                                                                                …………2分