Question

光子具有動量，每個光子的動量mv=h/λ式中h為普朗克常量，又為光子的波長）．當光照射到物體表面上時，不論光被物體吸收還是被物體表面反射，光子的動量都會發生改變，因而對物體表面產生一種壓力，稱為光壓．圖是列別捷夫設計的用來測量光壓的儀器．圖中兩個圓片中，a是涂黑的，而b是光亮的、當光線照射到a上時，可以認為光子全部被吸收，而當光線照射到b上時，可以認為光子全部被反射．分別用光線照射在a或b上，由于光壓的作用，都可以引起懸絲的旋轉，旋轉的角度可以借助于和懸絲一起旋轉的小平面鏡M進行觀察．
（1）如果用兩束光強相同的光同時分別照射兩個圓片a、b，光線的入射方向都跟圓片表面垂直，懸絲將向哪個方向偏轉？為什么？
（2）己知兩個圓片a、b的半徑都為r，兩圓心間的距離是d，現用頻率為ν的激光束同時照射a、b兩個圓片，設入射光與圓面垂直，單位時間內垂直于光傳播方向的單位面積上通過的光子個數為n，光速為c，求：由于光壓而產生的作用力分別是多大．

Answer 1

分析：根據動量定理，通過動量的變化量得出光壓的大小，從而判斷出懸線的旋轉方向．
結合動量定理分別求出由于光壓而產生的作用力大小．

解答：解：（1 ）a向外b向里轉動（從上向下看逆時針轉動）．其原因是：對時間t內照到圓片上的光子用動量定理Ft=ntS△mv，照到a上的每個光子的動量變化是mv，而照到b上的每個光子的動量變化是2mv；因此光子對b的光壓大．
（2）分別對單位時間內照射到a、b上的光子用動量定理，
  有Fa=nπr2h

ν

c

，Fb=nπr2?2h

ν

c

．
答：（1）a向外b向里轉動（從上向下看逆時針轉動）．
（2）由于光壓而產生的作用力分別是Fa=nπr2h

ν

c

，Fb=nπr2?2h

ν

c

．

點評：解決本題的關鍵搞清該問題的物理模型，一個是動量減為零，另一個動量由mv變為-mv，根據動量定理進行分析．