根据量子理论,光子具有动量,光子的动量等于光子的能量除以光速,即p=E/C,光照射到物体表面并被反射时,会对物体产生压强,这就是“光压”.光压是光的粒子性的典型表现.光压的产生机理如同气体压强:由大量的气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强.
①激光器发出的一束激光的功率为P,光束的横截面积为S.当该激光垂直照射在物体表面时,试计算单位时间内到达物体表面的光子的总动量.
②若该激光束被物体表面完全反射,证明其在物体表面引起的光压是2P/CS.
③设想利用太阳的光压将物体送到太阳系以外的空间去,当然只有当太阳对物体的光压超过了太阳对物体的引力才行.现如果用一种密度为1.0×103kg/m3的物体做成的平板,它的刚性足够大,则当这种平板厚度较小时,它将能被太阳的光压送出太阳系.试估算这种平板车的厚度应小于多少?设平板处于地球绕太阳运动的公转轨道上,且平板表面所受的光压处于最大值,不考虑太阳系内其它各行星对平板的影响,已知地球公转轨道上的太阳能量为1.4×103J/m2·s(即在单位时间内垂直辐射在单位面积上的太阳光能量),地球绕太阳公转的加速度为5.9×10-3m/s2.
一宇宙飞船以v=1.0×104 m/s的速度进入密度为ρ=2.0×10-9kg/m3的微陨石流中,如果飞船垂直于运动方向上的最大截面积为S="5" m2,且认为微陨石与飞船碰撞后都附着在飞船上,则飞船受到的平均制动力多大?
将质量为0.2 kg的物体以6 m/s的速度竖直向上抛出,当落回抛出点时,速度大小仍为6 m/s,求物体所受重力的冲量.
如图16-6-8所示,光滑水平面上一轻弹簧,左端固定在竖直挡板上,自然伸长,其劲度系数为k,一质量为m的小球以速度v0由右向左运动与弹簧接触并压缩弹簧,最后被弹簧向右反弹出去,小球与弹簧接触的时间为t,求这段时间内弹簧弹力的冲量和平均弹力各为多大?
图16-6-8
如图16-6-5所示,一个质量m="1" kg的小球被长为="0.5" m的细线系住,在光滑水平面上做匀速圆周运动,线速度大小v="2" m/s,则从图示A点运动到B点(T/2)细线拉力的冲量为多少?
图16-6-6
如图16-6-4所示,一质量m="3" kg的物体静止在光滑水平面上,受到与水平方向成60°角力的作用,F的大小为9 N,经2 s时间,求:
图16-6-4
(1)物体重力冲量大小(取g="10" N/kg);
(2)力F的冲量大小;
(3)物体动量变化量.