Question

【題目】在納米技術(shù)中需要移動(dòng)或修補(bǔ)原子，必須使在不停地做熱運(yùn)動(dòng)（速率約幾百米每秒）的原子幾乎靜止下來(lái)且能在一個(gè)小的空間區(qū)域內(nèi)停留一段時(shí)間， 為此已發(fā)明了“激光致冷”的技術(shù)。即利用激光作用于原子，使原子運(yùn)動(dòng)速率變慢，從而溫度降低。

(1)若把原子和入射光子分別類比為一輛小車和一個(gè)小球，則“激光致冷”與下述的力學(xué)模型相似。如圖所示，一輛質(zhì)量為m的小車（左側(cè)固定一輕質(zhì)擋板以速度v0水平向右運(yùn)動(dòng)；一個(gè)動(dòng)量大小為p。質(zhì)量可以忽略的小球水平向左射入小車后動(dòng)量變?yōu)榱�；緊接著不斷重復(fù)上述過(guò)程，最終小車將停下來(lái)。設(shè)地面光滑。求：

①第一個(gè)小球入射后，小車的速度大小v1；

②從第一個(gè)小球入射開(kāi)始計(jì)數(shù)到小車停止運(yùn)動(dòng)，共入射多少個(gè)小球?

(2)近代物理認(rèn)為，原子吸收光子的條件是入射光的頻率接近于原子吸收光譜線的中心頻率如圖所示，現(xiàn)有一個(gè)原子A水平向右運(yùn)動(dòng)，激光束a和激光束b分別從左右射向原子A，兩束激光的頻率相同且都略低于原子吸收光譜線的中心頻率、請(qǐng)

①哪束激光能被原子A吸收?并說(shuō)明理由；

②說(shuō)出原子A吸收光子后的運(yùn)動(dòng)速度增大還是減小。

Answer 1

【答案】(1)① v0；②；(2)①激光束，理由見(jiàn)解析b ；②減小

【解析】

(1)①取向右方向?yàn)檎�，小車與小球水平方向動(dòng)量守恒

得

②設(shè)入射n個(gè)小球后小車將停下來(lái)，由動(dòng)量守恒定律得

解得。

(2)① 激光束b

理由是原子A向右運(yùn)動(dòng)，是迎著激光束b運(yùn)動(dòng)的，根據(jù)多普勒效應(yīng)，這個(gè)原子感受到激光束b的頻率升高，進(jìn)一步接近了原子吸收光譜線的中心頻率，原子從激光束b吸收光子的幾率增大。原子A的運(yùn)動(dòng)方向和激光束a的傳播方向相同，所以它感受到激光束a的頻率減小，根據(jù)多普勒效應(yīng)，這個(gè)原子感受到激光束a的頻率降低，進(jìn)一步遠(yuǎn)離了原子吸收光譜線的中心頻率，原子從激光束a吸收光子的幾率減小。綜上所述，原子A吸收了激光束b的光子。

②減小。由動(dòng)量守恒定理得

所以是減小了。