高考专题 光的粒子性、光子的动量、光压.pdf

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1、高考专题——光压——命题人：乔世伟（1）光子具有能量，也具有动量。已知光速为c，普朗克常量为h。①若一束激光，发出的每个光子的能量为E，表示出光子的频率、质量、动量。②若一束激光，发出的每个光子的频率为ν，表示出光子的质量、能量、动量。③若一束激光，发出的每个光子的波长为λ，表示出光子的质量、能量、动量。④若两个光子，其能量之比为2:1，求这两个光子的动量之比。（2）由于光子具有能量，也具有动量，光照射到物体表面时，会对物体产生压强，这就是“光压”。光压的产生机理如同气体压强：大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力就是气体

2、的压强。“光压”用I表示。①若一个波长为λ的光子，垂直照射到一静止物体表面，光子被吸收，求物体表面受到的冲量；②若一个波长为λ的光子，垂直照射到一静止物体表面，光子被以相同大小速度反射，求物体表面受到的冲量；③若一台发光功率为P0的激光器发出一束频率为ν的激光，求单位时间内该激光器发射出的光子数n。④若一台发光功率为P0的激光器发出一束某频率的激光，光束的横截面积为S。当该激光束垂直照射到某物体表面时，假设光全部被吸收，试写出其在物体表面引起的光压的表达式。η⑤若一台发光功率为P0的激光器发出一束某频率的激光，光束的横截面积为S。当该激光束垂直照射到某物体表面

3、时，假设光全部被吸收，试写出其在物体表面引起的光压的表达式。⑥若一台发光功率为P0的激光器发出一束某频率的激光，光束的横截面积为S。当该激光束垂直照射到某物体表面时，假设光一半被反射，一半被吸收，试写出其在物体表面引起的光压的表达式。⑦若一台发光功率为P0的激光器发出一束某频率的激光，光束的横截面积为S。当该激光束垂直照射到某物体表面时，假设光的反射率为η，试写出其在物体表面引起的光压的表达式。⑧有人设想在宇宙探测中用光作为动力推动探测器加速，探测器上安装有面积极大、反光率为η的薄膜，并让它正对太阳。已知太阳光照射薄膜时对每平方米面积上的辐射功率为P0，探测器

4、和薄膜的总质量为m，薄膜面积为S，则探测器的加速度大小.(不考虑万有引力等其他的力)（2009海淀一模）23.（18分）光子具有能量，也具有动量。光照射到物体表面时，会对物体产生压强，这就是“光压”。光压的产生机理如同气体压强：大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强。设太阳光每个光子的平均能量为E，太阳光垂直照射地球表面时，在单位面积上的辐射功率为P0。已知光速为c，则光子的动量为E/c。求：（1）若太阳光垂直照射在地球表面，则时间t内照射到地球表面上半径为r的圆形区域内太阳光的总能量及光子个数分别是多少？高

5、考专题——光压——命题人：乔世伟（2）若太阳光垂直照射到地球表面，在半径为r的某圆形区域内被完全反射（即所有光子均被反射，且被反射前后的能量变化可忽略不计），则太阳光在该区域表面产生的光压（用I表示光压）是多少？（3）有科学家建议利用光压对太阳帆的作用作为未来星际旅行的动力来源。一般情况下，太阳光照射到物体表面时，一部分会被反射，还有一部分被吸收。若物体表面的反射系1ρ数为ρ，则在物体表面产生的光压是全反射时产生光压的倍。设太阳帆的反射系数2ρ=0.8，太阳帆为圆盘形，其半径r=15m，飞船的总质量m=100kg，太阳光垂直照射在太阳8帆表面单位面积上的辐射

6、功率P0=1.4kW，已知光速c=3.0×10m/s。利用上述数据并结合第（2）问中的结论，求太阳帆飞船仅在上述光压的作用下，能产生的加速度大小是多少?不考虑光子被反射前后的能量变化。（保留2位有效数字）（2009海淀一模反馈）23.光子具有能量，也具有动量。光照射到物体表面时，会对物体产生压强，这就是“光压”。光压的产生机理如同气体压强：大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强。设太阳光每个光子的平均能量为E，太阳光垂直照射地球表面时，在单位面积上的辐射功率为P0。已知光速为c，则光子的动量为E/c。求：（1

7、）若太阳光垂直照射在地球表面，试计算时间t内照射到地球表面上半径为r的圆形区域内光子的总动量。（2）一般情况下，太阳光照射到物体表面时，一部分会被反射，还有一部分被吸收。当物体表面的反射系数为ρ时，则在每秒内照射到物体表面的全部n个光子中，有(1-ρ)n个被吸收而ρn个被反射。若太阳光垂直照射在地球表面反射系数为ρ、半径为r的某圆形区域内，则在时间t内照射到此区域的光子的总动量的变化量是多少？（3）在第（2）问中太阳光在圆形区域表面产生的光压（用I表示光压）是多少？（2014西城二模）24.（20分）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

8、子具有能量，后者表明光子除了具有能量之