Question

2005年7月歐洲將向金星發射首枚探測器“金星快車”，在金星探測中，動力問題是一個關鍵問題．目前研究比較成熟又可靠的是太陽帆推進器．根據量子理論，光子不但有能量，還有動量，其計算式為p=h/l ，其中h是普朗克常量，l是光子的波長．既然光子有動量，那么光照到物體表面，光子被物體吸收或反射時，光都會對物體產生壓強，這就是“光壓”．

　　(1)一臺二氧化碳氣體激光器發出的激光功率為P₀=1000W，射出光束的橫截面積為S=1.00mm²，當它垂直照射到某一物體表面時，對該物體產生的最大光壓將是多大？

　　(2)既然光照射物體會對物體產生光壓，有人設想在遙遠的宇宙探測過程中用光壓力為動力推動航天器加速．給探測器安裝上面積極大、反射率極高的薄膜，并讓它正對太陽．已知在地球繞日軌道上，每平方米面積上得到的太陽光能的功率為1.35kW，探測器質量為M=50kg，薄膜面積為4×10⁴m²，那么探測器能得到的加速度為多大？

Answer 1

答案：見詳解
解析：

由E=hv和p=h/ l 以及真空中光速c=lv，不難得出光子的能量和動量之間的關系：E=pc．設時間t內激光器射出的光子個數為n，每個光子的能量為E，動量為p動，激光照到物體上后全部被反射，這時激光對物體的光壓最大．設這個壓強為p，則有：，，將E　p動c代入，得p= 　　所以：(1) 　　(2)同理可得p′=9.0×10-6Pa，再由牛頓第二定律得．這個加速度雖然很小，但通過長時間加速后也能得到可觀的速度增量，這對遠距離的太空探測來說是可行的． 　　說明：“光壓”是高中物理沒有學到的新概念，但題干中已給出新慨念的定義，在考試中要求學生在短時間內掌握新概念，并根據新概念結合已有知識進行綜合分析，找出解題突破口．高考中曾多次考過高中沒有學到的一些概念，如“粘滯阻力”、“霍爾效應”、“俄歇電子”、“磁能密度”、“電磁輻射強度”等等．