Question

17．激光束可以看作是粒子流，其中的粒子以相同的動(dòng)量沿光傳播方向運(yùn)動(dòng)．激光照射到物體上，在發(fā)生反射、折射和吸收現(xiàn)象的同時(shí)，也會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生作用．光鑷效應(yīng)就是一個(gè)實(shí)例，激光束可以像鑷子一樣抓住細(xì)胞等微小顆粒．
一束激光經(jīng)S點(diǎn)后被分成若干細(xì)光束，若不考慮光的反射和吸收，其中光束①和②穿過介質(zhì)小球的光路如圖②所示，圖中O點(diǎn)是介質(zhì)小球的球心，入射時(shí)光束①和②與SO的夾角均為θ，出射時(shí)光束均與SO平行．請(qǐng)?jiān)谙旅鎯煞N情況下，分析說明兩光束因折射對(duì)小球產(chǎn)生的合力的方向．
a．光束①和②強(qiáng)度相同；
b．光束①比②強(qiáng)度大．

Answer 1

分析 分豎直和水平兩個(gè)方向，分別運(yùn)用動(dòng)量定理列式，求出球?qū)�光子的作用力的兩個(gè)分力，再合成求球?qū)�光子的作用力，由牛頓第三定律得到光對(duì)球的合力．

解答 解：設(shè)光束1單位時(shí)間內(nèi)射出的光子數(shù)為N₁，光束2單位時(shí)間內(nèi)射出的光子數(shù)為N₂，該激光束單個(gè)光子的動(dòng)量為P．規(guī)定向右為水平方向的正方向．向上為豎直方向的正方向．根據(jù)動(dòng)量定理得
對(duì)光束1有：
   水平方向：（N₁△t）（P-Pcosθ）=F_1x•△t
   豎直方向：（N₁△t）（0-Psinθ）=F_1y•△t
對(duì)光束2有：
   水平方向：（N₂△t）（P-Pcosθ）=F_2x•△t
   豎直方向：（N₂△t）[0-（-Psinθ）]=F_2y•△t
a、光束①和②強(qiáng)度相同，有 N₁=N₂．
   F_x=F_1x+F_2x＞0，方向向右
   F_y=F_1y+F_2y=0
所以 F=F_x，方向水平向右
根據(jù)牛頓第三定律可知，小球所受的合力方向水平向左．
b、若強(qiáng)度不同，且N₁＞N₂．所以
   F_x=F_1x+F_2x＞0，方向向右
   F_y=F_1y+F_2y＜0，方向豎直向下
根據(jù)力的合成可知，合力 F方向?yàn)橛蚁?br />根據(jù)牛頓第三定律知，小球所受的合力方向?yàn)樽笊希?br />答：
a．光束①和②強(qiáng)度相同時(shí)，光束因折射對(duì)小球產(chǎn)生的合力的方向向左；
b．光束①比②強(qiáng)度大時(shí)，小球所受的合力方向?yàn)樽笊希?/p>

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵建立物理模型，可將光子抽象成小球，根據(jù)動(dòng)量定理進(jìn)行分析其受力情況．