Question

12．有人设想在遥远的宇宙探测时，给探测器安上面积极大、反射率极高（可认为100%）的薄膜，并让它正对太阳，用光压为动力推动探测器加速，已知探测器在某轨道上运行时，每秒每平方米面积获得的太阳光能为E=1.5×10⁴J，薄膜面积为S=6.0×10²m²，若探测器总质量为M=60kg，光速c=3.0×10⁸m/s，那么探测器得到的加速度大小最接近下面的哪一个？（　　）

• A． 1.0×10^-3m/s²
• B． 1.0×10^-2m/s²
• C． 1.0×10^-1m/s²
• D． 1m/s²

Answer 1

分析 找出光子的动量和能量之间关系，求出光子的动量，由动量定理求出压力，求出探测器受到光压力，由牛顿第二定律求出加速度．

解答 解：由E=hv，$P=\frac{h}{λ}$以及光在真空中光速c=λv知，
光子的动量和能量之间关系为E=pc．
设时间t内射到探测器上的光子个数为n，每个光子能量为E，光子射到探测器上后全部反射，则这时光对探测器的光压最大，设这个压强为P_压
每秒每平方米面积获得的太阳光能：${P}_{0}=\frac{n}{t}•E$
由动量定理得：$F•\frac{t}{n}=2P$
压强${P}_{压}=\frac{F}{S}$
对探测器应用牛顿第二定律F=Ma
可得$a=\frac{{P}_{压}S}{M}$
代入数据得：a=1.0×10^-3m/s²
故A正确，BCD错误．
故选：A

点评 该题结合光子的相关知识考查动量定理的应用，解答本题难度并不大，但解题时一定要细心、认真，应用动量定理与牛顿第二定律即可解题．