光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)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還具有動(dòng)量。由狹義相對(duì)論可知,一定的質(zhì)量m與一定的能量E相對(duì)應(yīng):E=mc
2,其中c為真空中光速。
(1)已知某單色光的頻率為ν,波長(zhǎng)為λ,該單色光光子的能量E=hν,其中h為普朗克常量。試借用質(zhì)子、電子等粒子動(dòng)量的定義:動(dòng)量=質(zhì)量×速度,推導(dǎo)該單色光光子的動(dòng)量
。
(2)光照射到物體表面時(shí),光子被物體吸收或反射時(shí),光都會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng),這就是“光壓”。已知太陽半徑為R,單位時(shí)間輻射的總能量為P
0,光速為c。求:
a.距離太陽中心r處(r>R),太陽光光子被完全吸收時(shí)產(chǎn)生的光壓p是多大?
b.科幻作品中經(jīng)常以文明能夠利用的能量程度來對(duì)文明進(jìn)行分級(jí)。比如,一級(jí)文明能夠利用行星的全部能量,人類處于0.73級(jí);二級(jí)文明能夠利用恒星的全部能量;三級(jí)文明能夠利用整個(gè)星系的能量。科幻作家們?cè)O(shè)想了一種被稱為“戴森球”的裝置來收集整個(gè)恒星的能量?!按魃颉笔且环N包圍整個(gè)恒星的球狀膜,它的內(nèi)表面可以吸收恒星發(fā)出的所有光的能量。如果給太陽安裝一個(gè)“戴森球”,求:戴森球的半徑r多大時(shí),戴森球可以靠著光壓來抵抗太陽的萬有引力,避免其向太陽塌縮。已知引力常量為G,太陽的質(zhì)量為M,戴森球的總質(zhì)量記為m。