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激光由于其单色性好、亮度高、方向性好等特点,在科技前沿的各个领域有着广泛的应用,已知光在真空中的传播速度为c,普朗克常量为h,光子的能量E与动量p的关系是p=
E
c

(1)科研人员曾用强激光做过一个有趣的实验:一个小玻璃平片被一束强激光托在空中。已知激光照射到小玻璃片上的功率为P,假设激光竖直向上照射,照到玻璃片上的激光被全部吸收掉,重力加速度为g。求小玻璃片的质量m;
(2)激光冷却和原子捕获技术在科学上意义重大,特别是对生物科学将产生重大影响。所谓激光冷却就是在激光的作用下使得热运动的原子减速,其具体过程如下:一质量为m的原子沿着x轴负方向运动,频率为ν1的激光束迎面射向该原子,以速度v0运动着的原子就会吸收迎面而来的光子从基态跃迁到激发态,而处于激发态的原子会很快又自发地辐射光子回到基态。原子自发辐射的光子方向是随机的,假设以上过程中,原子的速度已经很小,光子向各方向辐射的可能性可认为是均等的。
①设原子单位时间内与n个光子发生相互作用,求运动原子做减速运动的加速度;
②已知处于基态的某静止原子能够吸收频率为ν0的光子,从而跃迁到它的第一激发态。假设以速度v0运动着的原子吸收迎面而来的光子从基态跃迁到激发态,该原子发生吸收光子后,原子的速度就变为v1,方向未变。已知该过程也遵循能量守恒定律和动量守恒定律,为了求原子的速度v1,请列出相应的守恒定律对应的方程。

【答案】(1)小玻璃片的质量为
P
cg

(2)①运动原子做减速运动的加速度大小为
nh
ν
1
mc

②动量守恒方程为mv0-
h
ν
0
c
=(m+M)v1,由能量守恒方程为
1
2
m
v
2
0
+hν0=
1
2
m
+
M
v
2
1
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:132引用:2难度:0.4
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