物体中的原子总是在不停地做热运动,原子热运动越激烈,物体温度越高;反之,温度就越低。所以,只要降低原子运动速度,就能降低物体温度。“激光致冷”的原理就是利用大量光子阻碍原子运动,使其减速,从而降低了物体温度。
使原子减速的物理过程可以简化为如下情况:如图所示,某原子的动量大小为p0.将一束激光(即大量具有相同动量的光子流)沿与原子运动的相反方向照射原子,原子每吸收一个动量大小为p1的光子后自身不稳定,又立即发射一个动量大小为p2的光子,原子通过不断吸收和发射光子而减速。(已知p1、p2均远小于p0,普朗克常量为h,忽略原子受重力的影响)
(1)若动量大小为p0的原子在吸收一个光子后,又向自身运动方向发射一个光子,求原子发射光子后动量p的大小;
(2)从长时间来看,该原子不断吸收和发射光子,且向各个方向发射光子的概率相同,原子吸收光子的平均时间间隔为t0.求动量大小为p0的原子在减速到零的过程中,原子与光子发生“吸收-发射”这一相互作用所需要的次数n和原子受到的平均作用力f的大小;
(3)根据量子理论,原子只能在吸收或发射特定频率的光子时,发生能级跃迁并同时伴随动量的变化。此外,运动的原子在吸收光子过程中会受到类似机械波的多普勒效应的影响,即光源与观察者相对靠近时,观察者接收到的光频率会增大,而相对远离时则减小,这一频率的“偏移量”会随着两者相对速度的变化而变化。
a.为使该原子能够吸收相向运动的激光光子,请定性判断激光光子的频率ν和原子发生跃迁时的能量变化ΔE与h的比值之间应有怎样的大小关系;
b.若某种气态物质中含有大量做热运动的原子,为使该物质能够持续降温,可同时使用6个频率可调的激光光源,从相互垂直的3个维度、6个方向上向该种物质照射激光。请你运用所知所学,简要论述这样做的合理性与可行性。
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:354引用:3难度:0.5
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1.一个质量为m=1kg的小球从h=5m的高处自由下落到沙坑中,小球由静止下落到陷至沙坑最低点经历的时间t=1.1s,取g=10m/s2,则沙子对小球平均作用力的大小为( )
发布:2024/10/16 2:0:2组卷:61引用:1难度:0.5 -
2.构建物理模型是一种研究物理问题的科学思维方法。每一个模型的建立都有一定的条件和使用范围,要根据实际情况加以运用。
(1)如图所示,两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动。滑块A的质量为M,速度大小为v1,方向水平向右;滑块B的质量为m,速度大小为v2,方向水平向左。滑块A、B相碰后粘在一起向右运动。已知滑块A、B碰撞过程中的相互作用时间t。求:
a.碰后滑块A、B的共同速度v共的大小
b.碰撞过程中A、B之间的平均作用力的大小F1
(2)鸟撞飞机是威胁航空安全的重要因素之一。假设飞机和鸟沿水平方向迎面相撞,碰后粘在一起。已知飞机的质量约为M′=5×104kg,飞机的速度约v2′=500m/s。若鸟可视为圆柱体,质量约为m′=0.5kg,身长约为l=0.25m。
a.请建立合理的运动模型,估算鸟与飞机的撞击时间Δt;
b.请估算撞击过程中鸟与飞机之间的平均作用力的大小。F2发布:2024/11/3 8:0:2组卷:65引用:1难度:0.4 -
3.反冲运动在现实生活中有广泛应用。
(1)喷气式飞机和火箭的飞行应用了 的原理,它们靠 的反冲作用而获得巨大的速度。
(2)下列属于反冲现象的是 。
①园林的喷灌装置能够一边喷水一边旋转
②用枪射击时,子弹向前飞,枪身后退
③用力向后蹬地,人向前运动
④章鱼向某个方向喷出水,身体向相反的方向运动
A.①②③
B.①②④
C.②③④
D.①③④
(3)关于系统动量守恒的说法正确的是 。
①只要系统所受外力的矢量和为零,系统动量就守恒
②只要系统内有摩擦力,动量就不可能守恒
③系统所受合外力不为零,其动量一定不守恒,但有可能在某一方向上守恒
④系统如果合外力的冲量远小于内力的冲量时,系统可近似认为动量守恒
A.①②③
B.①②④
C.①③④
D.②③④
(4)一火箭喷气发动机每次喷出m=200g的气体,气体离开发动机喷出时的速度v=1000m/s,设火箭质量M=300kg,发动机每秒喷气20次。
①当第三次气体喷出后,火箭的速度多大?
②运动第1s末,火箭的速度多大?
(5)“世界上第一个想利用火箭飞行的人”是明朝的士大夫万户。如图所示,他把47个自制的火箭绑在椅子上,自己坐在椅子上,双手举着大风筝,设想利用火箭的推力,飞上天空,然后利用风筝平衡着陆。假设万户及所携设备[火箭(含燃料)椅子、风筝等]总质量为M,点燃火箭后在极短的时间t内,质量为m的炽热燃气以相对地面v0的速度竖直向下喷出。忽略此过程中空气阻力的影响,重力加速度为g,
①极短时间t内喷出的气体对火箭的平均作用力多大;(作用力远大于喷出气体的重力)
②在燃气喷出后的瞬间,火箭的速度大小为多少;
③喷出燃气后万户及所携设备能上升的最大高度为多少;
④试说明在火箭喷气过程中,万户及所携设备机械能是否守恒。发布:2024/10/25 17:0:1组卷:79引用:3难度:0.6