Question

根据量子理论，光子的能量E和动量p之间的关系式为E＝pc，其中c表示光速.由于光子有动量，照到物体表面的光子被物体吸收或反射时都会对物体产生压强，这就是“光压”，用I表示.

（1）一台二氧化碳气体激光器发出的激光，功率为P₀，射出的光束的横截面积为S，当它垂直照射到一物体表面并被物体全部反射时，激光对物体表面的压力F＝2p·N，其中p表示光子的动量，N表示单位时间内激光器射出的光子数.试用p₀与S表示该束激光对物体产生的光压I；

（2）有人设想在宇宙探测中用光为动力推动探测器加速，探测器上安装有面积极大、反射率极高的薄膜，并让它正对太阳.已知太阳光照射薄膜时每平方米面积上的辐射功率为1.35 kW，探测器和薄膜的总质量为m＝100 kg，薄膜面积为4×10⁴ m².求此时探测器的加速度大小.

Answer 1

解析：（1）激光器的功率为P₀＝NE

已知激光对物体表面的压力为F＝2N·p

由光压的定义I＝

联立以上各式得I＝.

（2）太阳光对薄膜产生的光压

I＝Pa＝9×10^－6 Pa

探测器受到的总光压为F＝I·S

以探测器为研究对象，根据牛顿第二定律

F＝ma

所以a＝

＝ m/s²＝3.6×10^－3 m/s².

答案：（1）（2）3.6×10^－3 m/s²