Question

5．神舟七號字宙飛船的航天員在準備出艙進行太空漫步時，意外發(fā)現(xiàn)艙門很難打開，有人臆測這可能與光壓有關(guān)．已知光子的動量p、能量E與光速c的關(guān)系為E=pc，假設艙門的面積為1.0m²，每平方米的艙門上每秒入射的光子能為1.5kJ，則艙門因反射光子而承受的力，最大約為多少牛頓？（　�。�

• A． 0.5×10^-5
• B． 0.5×10^-2
• C． 1.0×10^-5
• D． 1.0×10^-3

Answer 1

分析 先求出照射到艙門的光的總能量，總能量除以每一個光子的能量可求出光子數(shù)，光子數(shù)乘以每一個光子的動量，就是照到圓形區(qū)域光子的總動量．
再求出光子被反射時光子動量的變化量，動量的該變量乘以光子數(shù)，就是光子總動量的變化量．最后由動量定理求出光子對艙門的壓力，然后由壓強公式求出光壓．

解答 解：1s內(nèi)太陽光照射到面積為S的艙門的總能量E_總=P₀S=1.5×10³×1.0=1.5×10³J
照射到此圓形區(qū)域的光子數(shù)n=$\frac{{E}_{總}}{E}$
因光子的動量p=$\frac{E}{c}$
光子被完全反射時，每個光子動量的改變量△p₀=2p
則時間t內(nèi)光子總動量的改變量△p=n?2p
設太陽光對此圓形區(qū)域表面的壓力為F，依據(jù)動量定理Ft=△p
太陽光在圓形區(qū)域表面產(chǎn)生的光壓：I=$\frac{F}{S}$
解得I=$\frac{△p}{1×S}$=$\frac{{E}_{總}}{E}•\frac{2E}{c}•\frac{1}{S}=\frac{2{E}_{總}}{cS}=\frac{2×1.5×1{0}^{3}}{3.0×1{0}^{8}×1.0}=1.0×1{0}^{-5}$N
故選：C

點評 這是一道信息給予題，考查了動量、動量定理等知識點，要理解題意，由題干獲取足夠的信息，是解題的關(guān)鍵，難度適中．