Question

光子具有動量，每個光子的動量mv=h/λ式中h為普朗克常量，又為光子的波長）．當(dāng)光照射到物體表面上時，不論光被物體吸收還是被物體表面反射，光子的動量都會發(fā)生改變，因而對物體表面產(chǎn)生一種壓力，稱為光壓．圖是列別捷夫設(shè)計(jì)的用來測量光壓的儀器．圖中兩個圓片中，a是涂黑的，而b是光亮的、當(dāng)光線照射到a上時，可以認(rèn)為光子全部被吸收，而當(dāng)光線照射到b上時，可以認(rèn)為光子全部被反射．分別用光線照射在a或b上，由于光壓的作用，都可以引起懸絲的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度可以借助于和懸絲一起旋轉(zhuǎn)的小平面鏡M進(jìn)行觀察．
（1）如果用兩束光強(qiáng)相同的光同時分別照射兩個圓片a、b，光線的入射方向都跟圓片表面垂直，懸絲將向哪個方向偏轉(zhuǎn)？為什么？
（2）己知兩個圓片a、b的半徑都為r，兩圓心間的距離是d，現(xiàn)用頻率為ν的激光束同時照射a、b兩個圓片，設(shè)入射光與圓面垂直，單位時間內(nèi)垂直于光傳播方向的單位面積上通過的光子個數(shù)為n，光速為c，求：由于光壓而產(chǎn)生的作用力分別是多大．

Answer 1

（1 ）a向外b向里轉(zhuǎn)動（從上向下看逆時針轉(zhuǎn)動）．其原因是：對時間t內(nèi)照到圓片上的光子用動量定理Ft=ntS△mv，照到a上的每個光子的動量變化是mv，而照到b上的每個光子的動量變化是2mv；因此光子對b的光壓大．
（2）分別對單位時間內(nèi)照射到a、b上的光子用動量定理，
  有Fa=nπr2h

ν

c

，Fb=nπr2?2h

ν

c

．
答：（1）a向外b向里轉(zhuǎn)動（從上向下看逆時針轉(zhuǎn)動）．
（2）由于光壓而產(chǎn)生的作用力分別是Fa=nπr2h

ν

c

，Fb=nπr2?2h

ν

c

．