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解析
| 共计 6 道试题
1 . 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。
   
2023-06-09更新 | 495次组卷 | 2卷引用:北京市海淀区2022-2023学年高三下学期查漏补缺物理试题(四)
2 . 光电管是一种利用光照射产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上时,可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。
入射光子的能量(相对光强光电流大小(逸出光电子的最大动能(


1
2
3
4.0
4.0
4.0


29
43
60
0.9
0.9
0.9


4
5
6
6.0
6.0
6.0


27
40
55
2.9
2.9
2.9
由表中数据得出的论断中正确的是(  )
A.两组实验采用了不同频率的入射光
B.两组实验所用的金属板材质不同
C.若入射光子的能量为,逸出光电子的最大动能为
D.若入射光子的能量为,逐渐增大光强,光电流也会随之增大
3 . 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。
解答题 | 较难(0.4) |
名校
4 . 物体中的原子总是在不停地做热运动,原子热运动越激烈,物体温度越高;反之,温度就越低.所以,只要降低原子运动速度,就能降低物体温度.激光制冷的原理就是利用大量光子阻碍原子运动,使其减速,从而降低了物体温度.使原子减速的物理过程可以简化为如下情况:如图所示,某原子的动量大小为将一束激光即大量具有相同动量的光子流沿与原子运动的相反方向照射原子,原子每吸收一个动量大小为的光子后自身不稳定,又立即发射一个动量大小为的光子,原子通过不断吸收和发射光子而减速.已知均远小于,普朗克常量为h,忽略原子受重力的影响
   
若动量大小为的原子在吸收一个光子后,又向自身运动方向发射一个光子,求原子发射光子后动量p的大小;
从长时间来看,该原子不断吸收和发射光子,且向各个方向发射光子的概率相同,原子吸收光子的平均时间间隔为求动量大小为的原子在减速到零的过程中,原子与光子发生吸收发射这一相互作用所需要的次数n和原子受到的平均作用力f的大小;
根据量子理论,原子只能在吸收或发射特定频率的光子时,发生能级跃迁并同时伴随动量的变化.此外,运动的原子在吸收光子过程中会受到类似机械波的多普勒效应的影响,即光源与观察者相对靠近时,观察者接收到的光频率会增大,而相对远离时则减小,这一频率的偏移量会随着两者相对速度的变化而变化.
为使该原子能够吸收相向运动的激光光子,请定性判断激光光子的频率和原子发生跃迁时的能量变化h的比值之间应有怎样的大小关系;
若某种气态物质中含有大量做热运动的原子,为使该物质能够持续降温,可同时使用6个频率可调的激光光源,从相互垂直的3个维度、6个方向上向该种物质照射激光.请你运用所知所学,简要论述这样做的合理性与可行性.
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5 . 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E/c.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光子个数是多少?
(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?
(3)有科学家建议利用光压对太阳帆的作用作为未来星际旅行的动力来源.一般情况下,太阳光照射到物体表面时,一部分会被反射,还有一部分被吸收.若物体表面的反射系数为ρ,则在物体表面产生的光压是全反射时产生光压的倍.设太阳帆的反射系数ρ=0.8,太阳帆为圆盘形,其半径r=15m,飞船的总质量m=100kg,太阳光垂直照射在太阳帆表面单位面积上的辐射功率P0=1.4kW,已知光速c=3.0×108m/s.利用上述数据并结合第(2)问中的结论,求太阳帆飞船仅在上述光压的作用下,能产生的加速度大小是多少?不考虑光子被反射前后的能量变化.(保留2位有效数字)
2017-04-02更新 | 1068次组卷 | 5卷引用:2016-2017学年江西省南昌市第二中学高二下学期第一次阶段性考试物理试卷
6 . 先后用两种不同的单色光,在相同的条件下用同一双缝干涉装置做实验,在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同,其中两条亮纹间距较大的单色光比两条亮纹间距较小的单色光(   
A.其光子的能量较大
B.在玻璃中传播速度较大
C.在真空中的波长较短
D.在玻璃中传播时,玻璃的折射率较大
2017-02-23更新 | 697次组卷 | 1卷引用:2016届北京市顺义区高三3月第一次统练(一模)物理试卷
共计 平均难度:一般