光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量,后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。由狭义相对论可知,一定的质量m与一定的能量E相对应:E=mc2,其中c为真空中光速。
(1)已知某单色光的频率为ν,波长为λ,该单色光光子的能量E=hν,其中h为普朗克常量。试借用质子、电子等粒子动量的定义:动量=质量×速度,推导该单色光光子的动量p=hλ。
(2)光照射到物体表面时,光子被物体吸收或反射时,光都会对物体产生压强,这就是“光压”。已知太阳半径为R,单位时间辐射的总能量为P0,光速为c。求:
a.距离太阳中心r处(r>R),太阳光光子被完全吸收时产生的光压p是多大?
b.科幻作品中经常以文明能够利用的能量程度来对文明进行分级。比如,一级文明能够利用行星的全部能量,人类处于0.73级;二级文明能够利用恒星的全部能量;三级文明能够利用整个星系的能量。科幻作家们设想了一种被称为“戴森球”的装置来收集整个恒星的能量。“戴森球”是一种包围整个恒星的球状膜,它的内表面可以吸收恒星发出的所有光的能量。如果给太阳安装一个“戴森球”,求:戴森球的半径r多大时,戴森球可以靠着光压来抵抗太阳的万有引力,避免其向太阳塌缩。已知引力常量为G,太阳的质量为M,戴森球的总质量记为m。
p
=
h
λ
【答案】(1)已见解析。
(2)a.距离太阳中心r处(r>R),太阳光光子被完全吸收时产生的光压p是;
b.戴森球的半径为时,戴森球可以靠着光压来抵抗太阳的万有引力。
(2)a.距离太阳中心r处(r>R),太阳光光子被完全吸收时产生的光压p是
P
0
4
πc
r
2
b.戴森球的半径为
GM
mc
P
0
【解答】
【点评】
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发布:2024/7/8 8:0:10组卷:135引用:1难度:0.3
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