Question

太陽(yáng)帆航天器是一種利用太陽(yáng)光的壓力進(jìn)行太空飛行的航天器，如圖所示．在沒(méi)有空氣的宇宙中，太陽(yáng)光光子會(huì)連續(xù)撞擊太陽(yáng)帆，使太陽(yáng)帆獲得的動(dòng)量逐漸增加，從而產(chǎn)生加速度．太陽(yáng)帆飛船無(wú)需燃料，只要有陽(yáng)光，就會(huì)不斷獲得動(dòng)力加速飛行．有人設(shè)想在探測(cè)器上安裝有面積極大、反射功率極高的太陽(yáng)帆，并讓它正對(duì)太陽(yáng)．已知太陽(yáng)光照射太陽(yáng)帆時(shí)每平方米面積上的輻射功率為P₀，探測(cè)器和太陽(yáng)帆的總質(zhì)量為m，太陽(yáng)帆的面積為s，此時(shí)探測(cè)器的加速度大小為(     )

  A．         B．          C．          D．

Answer 1

考點(diǎn)：動(dòng)量定理；牛頓第二定律．

專題：動(dòng)量定理應(yīng)用專題．

分析：根據(jù)ε=hf求解每個(gè)光子的能量，根據(jù)E=P₀S 求解每秒照射到帆面上的能量E，根據(jù)N=求解每秒射到帆面上的光子數(shù)；

根據(jù)動(dòng)量定理求解太陽(yáng)光的推力，根據(jù)牛頓第二定律求解加速度．

解答：  解：每秒光照射到帆面上的能量：E=P₀S ①

光子的平均能量ε=hf          ②

光子的頻率：f=            ③

每秒射到帆面上的光子數(shù)：N=      ④

由①②③④解得：N=         ⑤

每個(gè)光子的動(dòng)量：p=       ⑥

光射到帆面被反彈，由動(dòng)量定理得：Ft=2Ntp    ⑦

對(duì)飛船，由牛頓第二定律得：F=ma    ⑧

由⑤⑥⑦⑧⑨解得：a=；

故選：A．

點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)鍵是明確太陽(yáng)帆飛船的工作原理，然后結(jié)運(yùn)用能量守恒定律、愛(ài)因斯坦光子說(shuō)、動(dòng)量定理、牛頓第二定律列式后聯(lián)立求解．