在一次学校组织团建活动中,老师们参加了一场真人CS游戏,在游戏过程中,物理梁老师发现当敌人到自己的距离过于远时,无论瞄得多准都无法有效击中敌人,而在射程范围内时,与敌人的距离远近对瞄准的难度几乎没有影响。梁老师觉得这个规律有点意思,回校就查阅了相关的资料,发现在真人CS中使用的枪支对外发出的是具有一定散射角的激光,瞄准目标身上的瞄准点实为激光传感器,当传感器接受到的激光所达的功率足够大时,即可被有效击中。对这一过程简化后可以进行如下建模:一激光源发射功率为
,发出的激光波长为
,散射角为
(
是很小的角),激光源在散射范围内向各个方向的发射功率密度都相同,如图所示,图中带虚线的箭头方向为“正中瞄准方向”,该方向为散射激光束的对称方向;激光传感器有一定的面积,但其几何尺寸远小于激光源和传感器之间的距离,因此可以近似视作一个点,使激光传感器产生“击中”输出信号的最小功率阈值为
,假设传感器的接收面始终正对激光源。已知普朗克常数为h,真空中的光速为c。
(1)请直接写出该激光源发射的单个激光光子的能量
和动量
;
(2)如图所示是一次瞄准时的示意图,A点为激光源,B点为激光传感器(可视作一点且在射程范围内),为了使激光传感器产生“击中”输出信号,请在图中画出“正中瞄准方向”的可行范围,并就此说明为何瞄准对象的远近对瞄准难度没有影响;
(3)已知激光传感器的接收面积为
,用激光源射击激光传感器时,为了使激光传感器产生“击中”输出信号,求激光源和激光传感器之间的最大距离L,假设所有光子都被传感器完全吸收,再求此时激光对传感器产生的作用力F的大小;(提示:对于小角
,可以把到激光源一定距离处的局部球面近似视作平面来进行计算其面积)
(4)根据上面的计算,有人提出可以通过提高激光源功率的方法来增大激光枪的射程,请你评价该建议的可行性和存在的问题,再给出一条更为合理的建议。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/bf9f50605db5d5f8f3a01ee8e474a112.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/df64046e91b047037f19e4032e3b6de3.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/c24095e409b025db711f14be783a406c.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/c24095e409b025db711f14be783a406c.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0a5961cfca6ce4c94c01e3ce15f0a736.png)
(1)请直接写出该激光源发射的单个激光光子的能量
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/711c92626a97e6b778b3aa86e663ee97.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/b1010846eeec6c9da29640f5aa3f8738.png)
(2)如图所示是一次瞄准时的示意图,A点为激光源,B点为激光传感器(可视作一点且在射程范围内),为了使激光传感器产生“击中”输出信号,请在图中画出“正中瞄准方向”的可行范围,并就此说明为何瞄准对象的远近对瞄准难度没有影响;
(3)已知激光传感器的接收面积为
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/cec6e5e5c7d0a43c858ced2e5c614b1d.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/c24095e409b025db711f14be783a406c.png)
(4)根据上面的计算,有人提出可以通过提高激光源功率的方法来增大激光枪的射程,请你评价该建议的可行性和存在的问题,再给出一条更为合理的建议。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/6/9/6f0514b3-52f0-4cbc-9cba-a1049fe0ef5b.png?resizew=388)
22-23高三下·北京海淀·阶段练习 查看更多[2]
更新时间:2023-06-09 09:04:17
|
相似题推荐
解答题
|
较难
(0.4)
【推荐1】如图所示,是磁流体发电机的简易模型图,其发电通道是一个长方体空腔,长、高、宽分别为l=1m、a=0.5m、b=0.8m,前后两个侧面是绝缘体,上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极,整个发电通道处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B=1.5 T,方向垂直纸面向里。等离子体以不变的速率v=2m/s水平向右进入发电通道内,发电机的等效内阻为r=0.3Ω,忽略等离子体的重力、相互作用力。磁流体发电机两个电极通过开关与倾角θ=30o间距d=1m的光滑金属导轨MO、NO′相连,一根质量m1=0.2kg长度d=1m阻值R1=0.3Ω的金属导体棒cd垂直放置在光滑的金属导轨MO、NO′上,金属导轨的末端圆滑连接着光滑绝缘的水平轨道OP、O′Q(足够长),efgh是质量m2=0.3kg、电阻R2=0.6Ω、各边长度均为d=1m的“U”形金属框,eh刚好和金属导轨末端OO′接触良好,开始处于锁定状态。倾斜轨道处于垂直于斜面向下的磁感应强度B1的匀强磁场中,水平轨道间存在竖直向下的磁场(图中未画出),磁感应强度分布规律为B2=0.3xT (x>0,沿OP方向建立x轴,O为坐标原点)。已知开关闭合后,金属棒cd恰能静止在导轨上。求:
(1)磁流体发电机的电动势大小E;
(2)磁感应强度B1的大小;
(3)断开开关后,cd棒在导轨MO、NO′上达到的稳定速度v1;
(4)在第(3)问中,cd棒到达OO′时“U”形金属框被解锁,棒与金属框碰撞并粘连在一起,则金属框最终静止在何处?
(1)磁流体发电机的电动势大小E;
(2)磁感应强度B1的大小;
(3)断开开关后,cd棒在导轨MO、NO′上达到的稳定速度v1;
(4)在第(3)问中,cd棒到达OO′时“U”形金属框被解锁,棒与金属框碰撞并粘连在一起,则金属框最终静止在何处?
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2021/7/7/2759338059472896/2759963713863680/STEM/a7cebdb5-abc3-4b3f-9757-a328053a1ae7.png?resizew=567)
您最近一年使用:0次
解答题
|
较难
(0.4)
名校
【推荐2】一个光源以P=1.5W的功率向四周均匀地发射能量。在离光源距离R=3.5m处放置一钾箔,钾的逸出功W=2.2eV,假设入射光的能量是连续平稳地传给钾箔,光的平均波长为
。假设照射到钾箔上面的光能被钾箔完全吸收。
(1)根据爱因斯坦的光子说和质能方程,证明光子动量
(
是普朗克常量)。
(2)假设照射在钾箔上的能量能被钾箔完全吸收,求:
①钾箔在垂直入射光方向上单位面积受到光平均作用力的表达式(用题目中的物理符号表示)。
②按照经典电磁理论,钾箔只需吸收足够的能量就可以逐出电子,若一个要被逐出的电子收集能量的圆形截面的半径约为一个典型原子的半径
m,求:电子将被逐出的时间。根据你的计算结果,你认为经典电磁理论在解释光电效应现象时是否合理?谈谈你的看法。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/df64046e91b047037f19e4032e3b6de3.png)
(1)根据爱因斯坦的光子说和质能方程,证明光子动量
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0b95dbdccc25635425df3754b78ea878.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/3eabd5f3a86afe49dcd70571e2b96cfd.png)
(2)假设照射在钾箔上的能量能被钾箔完全吸收,求:
①钾箔在垂直入射光方向上单位面积受到光平均作用力的表达式(用题目中的物理符号表示)。
②按照经典电磁理论,钾箔只需吸收足够的能量就可以逐出电子,若一个要被逐出的电子收集能量的圆形截面的半径约为一个典型原子的半径
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/8b2540c10b80551684fbaa62db42bb85.png)
您最近一年使用:0次
解答题
|
较难
(0.4)
【推荐1】光压是指光照射到物体上对物体表面产生的压力。早在17世纪初,开普勒就曾用太阳光的压力解释彗星的尾巴为什么背着太阳。其实彗尾一般有两条,一条是由等离子体在太阳风作用下形成的离子尾,另一条是不带电的尘埃在太阳光的光压力作用下形成的尘埃尾。当尘埃被从彗星释放出来,由于太阳光产生的光压把它们沿径向往外推开,它就不再继续沿着彗星轨道运动。如图所示为彗星掠过太阳所发生的状况,弧线表示彗星的轨迹,彗星当前在b位置,在a位置上释放出的尘埃已被太阳光压沿虚线路径推出(其它位置释放的尘埃路径未画出),形成了如图所示的尘埃尾。(已知彗星质量远远小于太阳质量)
(1)请说明在图中a位置释放的尘埃的速度方向;若能够沿着路径①(一条直线)运动,请说明尘埃所受合外力的情况。
(2)在一定条件下(例如强光照射下)小颗粒所受的光压可以与所受万有引力同数量级。假设尘埃粒子是半径为R的小球,密度为ρ,它对太阳光全部吸收。已知太阳的质量为M,辐射光的功率为P0,所发出太阳光的平均波长为λ,普朗克常量用h表示,万有引力常量用G表示,真空中光速用c表示。(光子的动量
)
a.请求出能够沿路径①运动的尘埃粒子的半径R0;
b.请分析并说明半径满足什么条件的尘埃粒子会沿路径②运动。
(1)请说明在图中a位置释放的尘埃的速度方向;若能够沿着路径①(一条直线)运动,请说明尘埃所受合外力的情况。
(2)在一定条件下(例如强光照射下)小颗粒所受的光压可以与所受万有引力同数量级。假设尘埃粒子是半径为R的小球,密度为ρ,它对太阳光全部吸收。已知太阳的质量为M,辐射光的功率为P0,所发出太阳光的平均波长为λ,普朗克常量用h表示,万有引力常量用G表示,真空中光速用c表示。(光子的动量
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0b95dbdccc25635425df3754b78ea878.png)
a.请求出能够沿路径①运动的尘埃粒子的半径R0;
b.请分析并说明半径满足什么条件的尘埃粒子会沿路径②运动。
您最近一年使用:0次
解答题
|
较难
(0.4)
【推荐2】根据量子理论,光子不但有能量,还有动量,光子动量p=
,其中h是普朗克常量,
是光子的波长.光子有动量,光照到物体表面,对物体表面产生压力.某同学设计了一种以光压为动力的宇宙飞船.给飞船装上面积为S=4×104m2反射率极高的帆板,并让它正对太阳,轨道位置每秒钟每平方米面积上得到的太阳光能为E0=1.35 kJ,航天器质量为M=50 kg,忽略除光压力以外其他力的作用,不考虑因为位置变化导致的单位面积功率变化,c=3.0×108m/s.求
(1)1s向照射到帆板上光子的总动量;
(2)飞船的加速度大小;1小时内飞船的速度变化大小(结果保留2位有效数字).
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a01e5ab249f1f6a7bff76746b7754625.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/df64046e91b047037f19e4032e3b6de3.png)
(1)1s向照射到帆板上光子的总动量;
(2)飞船的加速度大小;1小时内飞船的速度变化大小(结果保留2位有效数字).
您最近一年使用:0次
解答题
|
较难
(0.4)
解题方法
【推荐3】光子具有能量,也具有动量。光照射到物体表面时,会对物体产生压强,这就是“光压”,光压的产生机理如同气体压强;大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强,设太阳光每个光子的平均能量为E,太阳光垂直照射地球表面时,在单位面积上的辐射功率为P0,已知光速为c,则光子的动量为
,求:
(1)若太阳光垂直照射在地球表面,则时间t内照射到地球表面上半径为r的圆形区域内太阳光的总能量及光子个数分别是多少?
(2)若太阳光垂直照射到地球表面,在半径为r的某圆形区域内被完全反射(即所有光子均被反射,且被反射前后的能量变化可忽略不计),则太阳光在该区域表面产生的光压(用I表示光压)是多少?
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/2247afb68505982bcdc8e691dfa11770.png)
(1)若太阳光垂直照射在地球表面,则时间t内照射到地球表面上半径为r的圆形区域内太阳光的总能量及光子个数分别是多少?
(2)若太阳光垂直照射到地球表面,在半径为r的某圆形区域内被完全反射(即所有光子均被反射,且被反射前后的能量变化可忽略不计),则太阳光在该区域表面产生的光压(用I表示光压)是多少?
您最近一年使用:0次
解答题
|
较难
(0.4)
【推荐1】碰撞在宏观、微观世界中都是十分普遍的现象,在了解微观粒子的结构和性质的过程中,碰撞的研究起着重要的作用。
(1)一种未知粒子跟静止的氢原子核正碰,测出碰撞后氢原子核的速度是
,该未知粒子以相同速度跟静止的氮原子核正碰时,测出碰撞后氮原子核的速度是
,已知氢原子核的质量是mH,氮原子核的质量是14mH,上述碰撞都是弹性碰撞,求:
①该未知粒子的质量;
②该未知粒子的初速度大小。
(2)光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射。美国物理学家康普顿在研究石墨对射线的散射时,发现在散射的射线中,除了与入射波长相同的成分外,还有波长大于的成分,这个现象称为康普顿效应,它说明了光具有粒子性的特征,其简化原理图如下:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/6/1/2216479036817408/2219085516021760/STEM/297061b0-0531-47ac-af06-997587ab1d79.png?resizew=238)
对于这种二维非对心碰撞,我们可以按照矢量的合成与分解的原理去分析和处理,在某次碰撞中,入射光子与静止的无约束自由电子发生弹性碰撞,碰撞后光子的方向与原入射方向成α角,与电子碰后的速度方向恰好垂直,已知入射光波长
,普朗克恒量为h,光速为c。
①结合爱因斯坦的光子说和质能方程,试证明光子动量
,
为光波波长;
②求碰撞后电子的动能和光子的动量大小。
(1)一种未知粒子跟静止的氢原子核正碰,测出碰撞后氢原子核的速度是
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f44c235d8b49207ad3f2d77dc5d6cf20.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7459c3d35fa3c3bb403238ebad3c55ad.png)
①该未知粒子的质量;
②该未知粒子的初速度大小。
(2)光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射。美国物理学家康普顿在研究石墨对射线的散射时,发现在散射的射线中,除了与入射波长相同的成分外,还有波长大于的成分,这个现象称为康普顿效应,它说明了光具有粒子性的特征,其简化原理图如下:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/6/1/2216479036817408/2219085516021760/STEM/297061b0-0531-47ac-af06-997587ab1d79.png?resizew=238)
对于这种二维非对心碰撞,我们可以按照矢量的合成与分解的原理去分析和处理,在某次碰撞中,入射光子与静止的无约束自由电子发生弹性碰撞,碰撞后光子的方向与原入射方向成α角,与电子碰后的速度方向恰好垂直,已知入射光波长
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/c67202feb9b75fb893e9fc70cc1059d7.png)
①结合爱因斯坦的光子说和质能方程,试证明光子动量
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0b95dbdccc25635425df3754b78ea878.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/df64046e91b047037f19e4032e3b6de3.png)
②求碰撞后电子的动能和光子的动量大小。
您最近一年使用:0次
解答题
|
较难
(0.4)
【推荐2】物理学中有一个非常有趣的现象:研究微观世界的粒子物理、量子理论,与研究宇宙的理论竟然相互沟通,相互支撑。目前地球上消耗的能量,追根溯源,绝大部分还是来自太阳内部核聚变时释放的核能。
(1)已知太阳向各个方向辐射能量的情况是相同的。如果太阳光的传播速度为c,到达地球需要的时间为t,在地球大气层表面每秒钟每平方米垂直接收到的太阳辐射能量为E0。请你求出太阳辐射的总功率P的表达式;
(2)根据量子理论可知,光子既有能量也有动量,光子的动量
,其中h为普朗克常量,λ为光的波长。太阳光照射到地球表面时,如同大量气体分子频繁碰撞器壁一样,会产生持续均匀的“光压力”。为了将问题简化,我们假设太阳光垂直照射到地球上且全部被地球吸收,到达地球的所有光子能量均为4×10-19J,每秒钟照射到地球的光子数为4.5×1035。已知真空中光速
,太阳对地球的万有引力大小约为3.5×1022N。请你结合以上数据分析说明,我们在研究地球围绕太阳公转时,是否需要考虑太阳“光压力”对地球的影响;(结果保留一位有效数字)
(3)在长期演化过程中,太阳内部的核反应过程非常复杂,我们将其简化为氢转变为氦。已知目前阶段太阳辐射的总功率
,太阳质量
(其中氢约占70%),氢转变为氦的过程中质量亏损约为1%。请你估算如果现有氢中的10%发生聚变大约需要多少年。(结果保留一位有效数字,1年按3×107s计算)
(1)已知太阳向各个方向辐射能量的情况是相同的。如果太阳光的传播速度为c,到达地球需要的时间为t,在地球大气层表面每秒钟每平方米垂直接收到的太阳辐射能量为E0。请你求出太阳辐射的总功率P的表达式;
(2)根据量子理论可知,光子既有能量也有动量,光子的动量
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0b95dbdccc25635425df3754b78ea878.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7221beaf951d182d73dc3ac3f24d2739.png)
(3)在长期演化过程中,太阳内部的核反应过程非常复杂,我们将其简化为氢转变为氦。已知目前阶段太阳辐射的总功率
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/aafd8dc67318ba0d8482ad35ad12de57.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/19afc156e72dfd7747d9a03731588837.png)
您最近一年使用:0次
解答题
|
较难
(0.4)
名校
【推荐3】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。我们知道光子的能量
,动量
,其中
为光的频率,h为普朗克常量,λ为光的波长。由于光子具有动量,当光照射到物体表面时,会对物体表面产生持续均匀的压力,这种压力会对物体表面产生压强,这就是“光压”,用I表示。一台发光功率为P0的激光器发出一束频率为
的激光,光束的横截面积为S。当该激光束垂直照射到某物体表面时,假设光全部被吸收(即光子的末动量变为0)。求:
(1)该激光器在单位时间内发出的光子数N;
(2)该激光作用在物体表面时产生的光压I。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1a2ecd403eaff4da58941f37325db5ca.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0b95dbdccc25635425df3754b78ea878.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/06b09bec6122ff51834335344ae13f29.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d61ed8045f1d1cfa1f644d5d8b62c5a5.png)
(1)该激光器在单位时间内发出的光子数N;
(2)该激光作用在物体表面时产生的光压I。
您最近一年使用:0次