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光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面.前者表明光子具有能量,后者表明光子除了具有能量之外还具有动量.由狭义相

来源:学生作业帮 编辑:拍题作业网作业帮 分类:物理作业 时间:2024/04/28 20:06:16
光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面.前者表明光子具有能量,后者表明光子除了具有能量之外还具有动量.由狭义相对论可知,一定的质量m与一定的能量E相对应:E=mc2,其中c为真空中光速.
(1)已知某单色光的频率为ν,波长为λ,该单色光光子的能量E=hν,其中h为普朗克常量.试借用质子、电子等粒子动量的定义:动量=质量×速度,推导该单色光光子的动量p=
h
λ
(1)光子的能量:E=mc2
E=hν=h
c
λ
光子的动量:p=mc
可得:p=
E
c=
h
λ
(2)一小段时间△t内激光器发射的光子数:n=
P0△t
h
c
λ
光照射物体表面,由动量定理:F△t=np
产生的光压:I=
F
S
解得:I=
P0
cS
(3)由(2)同理可知,当光一半被反射一半被吸收时,产生的光压:I=
3P
2cS
距太阳为r处光帆受到的光压:I=
3P
2c•4πr2
太阳光对光帆的压力需超过太阳对探测器的引力:IS′>G
Mm
r2
解得:S′>
8πcGMm
3P;
答:(1)推导过程如上所示;
(2)在物体表面引起的光压的表达式 I=
P0
cS;
(3)该探测器光帆的面积应满足的条件 S′>
8πcGMm
3P.