Question

【題目】光子除了有能量，還有動(dòng)量。若光子能量為E，動(dòng)量為P，則光子動(dòng)量，式中c為真空中的光速。當(dāng)光照射到物體表面上時(shí)，不論光被物體吸收還是被物體表面反射，光子的動(dòng)量都會(huì)發(fā)生改變，因而對物體表面產(chǎn)生一種壓力。

如圖是1901年俄國物理科學(xué)家列別捷夫測量光壓的實(shí)驗(yàn)裝置。T型架通過懸絲豎直懸掛，橫臂水平，懸絲一端固定在橫臂中點(diǎn)。在橫臂的兩側(cè)有圓片P和Q，兩圓片與T型架在同一豎直平面內(nèi)。圓片P是涂黑的，當(dāng)光線照射到P上時(shí)，可以認(rèn)為光子全部被吸收：圓片Q是光亮的，當(dāng)光線照射到Q上時(shí)，可以認(rèn)為光子被反射。分別用光線照射在P或Q上，都可以引起懸絲的旋轉(zhuǎn)。在懸絲上固定的一小鏡M，用一細(xì)光束照射M，就可以獲知懸絲扭轉(zhuǎn)的角度。已知光速為c，兩個(gè)圓片P、Q的半徑都為r。懸絲轉(zhuǎn)過的角度與光對圓片的壓力成正比。

a.用光強(qiáng)（單位時(shí)間內(nèi)通過與傳播方向垂直的單位面積的光能）為的激光束垂直照射整個(gè)圓片P，求激光束對圓片P的壓力F的大小；

b.實(shí)驗(yàn)中，第一次用光強(qiáng)為的激光束單獨(dú)照射整個(gè)圓片P，平衡時(shí)，光束與圓片垂直，且懸絲有一扭轉(zhuǎn)角；第二次仍用該光束單獨(dú)照射整個(gè)圓片Q，平衡時(shí)，光束與圓片不垂直，懸絲的扭轉(zhuǎn)角與第一次相同。求激光束與圓片Q所在平面的夾角。

Answer 1

【答案】a.,b.45o

【解析】

a.由動(dòng)量定理可得，

根據(jù)題意有，

其中，

綜上可得，F

b.由a可知，，反射過程中，設(shè)作用力為，由動(dòng)量定理可得：

根據(jù)題意有，因?yàn)榕まD(zhuǎn)角相同，所以，相同。若光打在Q上，有

綜上可得，

即