知识点挑题 - 高中物理 - 优优班--学霸训练营

2．瑞典皇家科学院2018年10月2日宣布，将2018年诺贝尔物理学奖授予美国科学家阿瑟•阿什金、法国科学家热拉尔•穆鲁以及加拿大科学家唐娜•斯特里克兰，以表彰他们在激光物理学领域的突破性贡献。阿什金发明的光镊工具能够“夹”住微小如原子、病毒以及活细胞等物体。穆鲁和斯特里克兰发明了“啁啾（zhōujiū）脉冲放大”技术。“啁啾”出自唐诗“到大啁啾解游飏，各自东西南北飞”，形容鸟的鸣叫。“啁啾脉冲放大”技术其原理为：将一段短脉冲在时域上展宽，然后放大，再进行压缩。此项技术已经成为高强度激光的标准，应用于众多领域。则下列关于激光的说法合理的是（　　）

A．某激光器产生超短脉冲时长为2.0×10^-13s，能量为1.0J，则此激光超短脉冲的功率为5.0×10¹³W

B．短脉冲激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，测得在该时间段内被测物体的移动距离，从而得到被测物体的移动速度。激光测速选取的时间间隔越长，测得物体移动的瞬时速度越准确

C．“啁啾”来源于鸟鸣，意即频率变化，“啁啾脉冲”技术中的短脉冲激光瞬时频率随时间的变化而变化

D．利用光学镊子捕获活体细菌时，红外激光光镊比绿色激光光镊更容易杀死活体细菌

难度：中等

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3．光子不仅具有能量，也具有动量。照到物体表面的光子被物体吸收或被反射都会对物体产生一定的压强，这就是光压。光压的产生机理与气体压强产生的机理类似：大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力变现为气体的压强。体积为V的正方形密闭容器中有大量的光子，如图所示。为简化问题，我们做如下假定：每个光子的频率均为ν，光子与器壁各面碰撞的机会均等，光子与器壁碰撞为弹性碰撞，且碰撞前后瞬间，光子动量方向都与器壁垂直，不考虑器壁发出的光子数和对光子的吸收，光子的总数保持不变，且单位体积内光子个数为n；光子之间无相互作用。已知：单个光子的能量ϵ和动量p间存在关系ϵ=pc（其中c为光速），普朗克常数为h。
（1）①写出单个光子的动量p的表达式（结果用c、h和ν表示）
②写出光压的表达式（结果用n、h、ν表示）
（2）类比理想气体，我们将题目所述的大量光子的集合称为光子气体，把容器中所有光子的能量称为光子气体的内能。
①求出容器内光子气体内能U的表达式（结果用V和光压I表示）
②为V的容器内存在质量为m、单位体积内气体分子个数为n’的理想气体，分子速率均为v，且与器壁各面碰撞的机会均等；与器壁碰撞前后瞬间，光子动量方向都与器壁垂直，且速率不变。求气体内能U′与体积V和压强p_气的关系；并从能量和动量之间关系的角度说明光子气体内能表达式与气体内能表达式不同的原因。

难度：中等

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