光子具有能量,也具有动量。光照射到物体表面时,会对物体产生压强,这就是“光压”。光压的产生机理如同气体压强:大量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。设太阳光每个光子的平均能量为E,太阳光垂直照射地球表面时,在单位面积上的辐射功率为P0。已知光速为c,则光子的动量为E/c。求:
(1)若太阳光垂直照射在地球表面,则时间t内照射到地球表面上半径为r的圆形区域内太阳光的总能量及光子个数分别是多少?
(2)若太阳光垂直照射到地球表面,在半径为r的某圆形区域内被完全反射(即所有光子均被反射,且被反射前后的能量变化可忽略不计),则太阳光在该区域表面产生的光压(用I表示光压)是多少?
(3)有科学家建议利用光压对太阳帆的作用作为未来星际旅行的动力来源。一般情况下,太阳光照射到物体表面时,一部分会被反射,还有一部分被吸收。若物体表面的反射系数为ρ,则在物体表面产生的光压是全反射时产生光压的倍。设太阳帆的反射系数ρ=0.8,太阳帆为圆盘形,其半径r=15m,飞船的总质量m=100kg,太阳光垂直照射在太阳帆表面单位面积上的辐射功率P0=1.4kW,已知光速c=3.0×108m/s。利用上述数据并结合第(2)问中的结论,求太阳帆飞船仅在上述光压的作用下,能产生的加速度大小是多少?不考虑光子被反射前后的能量变化。(保留2位有效数字)
如图所示,一电荷量q=3×10-4C带正电的小球,用绝缘细线悬于竖直放置足够大的平行金属板中的O点.S合上后,小球静止时,细线与竖直方向的夹角α=37°.已知两板相距d="0.1" m,电源电动势E=12V,内阻r=2Ω,电阻R1=4Ω,R2=R3=R4=12Ω.g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)流过电源的电流;
(2)两板间的电场强度的大小;
(3)小球的质量.
如图所示,α粒子以初速度v0垂直于电场线方向从A点射入一匀强电场,经时间t到达B点时,速度大小为2v0.α粒子的质量为m,电荷量为q,不计重力.求:
(1)A?B两点间的电势差;
(2)匀强电场的场强大小.
如图所示,在xoy 坐标平面的第一象限内有一沿y 轴正方向的匀强电场,在第四象限内有一垂直于平面向内的匀强磁场,现有一质量为m 带电量为q的负粒子(重力不计)从电场中坐标为(3L,L)的P点与x轴负方向相同的速度v0射入,在x轴上的Q点进入磁场,进入磁场速度方向与x轴负方向成45°夹角,然后粒子恰好能从O点射出,求:粒子在O点的速度大小。
求:
(1)粒子在O点的速度大小;
(2)匀强电场的场强E;
(3)粒子从P点运动到O点所用的时间。
如图所示,将长50cm、质量为10g的均匀金属棒ab的两端用两只相同的弹簧悬挂成水平状态,位于垂直纸面向里的匀强磁场中,当金属棒中通过0.4A的电流时,弹簧恰好不伸长,求:(g取10m/s2)
(1)匀强磁场中磁感应强度是多大?
(2)当金属棒中通过0.2A由a到b的电流时,弹簧伸长为1cm,如果电流方向由b到a,而电流大小不变,弹簧又伸长是多少?
用一根长为L的细线,一端固定在天花板上,另一端拴一质量为m的小球,现使细线偏离竖直方向角后,从A处无初速度释放小球,如图所示,试求:
(1)小球摆到最低点O时的速度大小。
(2)小球摆到最低点时绳子的拉力。