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太阳帆航天器是一种利用太阳光的压力进行太空飞行的航天器,如图所示.在没有空气的宇宙中,太阳光光子会连续撞击太阳帆,使太阳帆获得的动量逐渐增加,从而产生加速度.太阳帆飞船无需燃料,只要有阳光,就会不断获得动力加速飞行.有人设想在探测器上安装有面积极大、反*功率极高的太阳帆,并让它正对太阳.已知太阳光照*太阳帆时每平方米面积上的辐*功率为P0,探测器和太阳帆的总质量为m,太阳帆的面积为s,此时探测器的加速度大小为( )
A. B. C. D.
【回答】
考点:动量定理;牛顿第二定律.
专题:动量定理应用专题.
分析:根据ε=hf求解每个光子的能量,根据E=P0S 求解每秒照*到帆面上的能量E,根据N=求解每秒*到帆面上的光子数;
根据动量定理求解太阳光的推力,根据牛顿第二定律求解加速度.
解答: 解:每秒光照*到帆面上的能量:E=P0S ①
光子的平均能量ε=hf ②
光子的频率:f= ③
每秒*到帆面上的光子数:N= ④
由①②③④解得:N= ⑤
每个光子的动量:p= ⑥
光*到帆面被反*,由动量定理得:Ft=2Ntp ⑦
对飞船,由牛顿第二定律得:F=ma ⑧
由⑤⑥⑦⑧⑨解得:a=;
故选:A.
点评:本题关键是明确太阳帆飞船的工作原理,然后结运用能量守恒定律、爱因斯坦光子说、动量定理、牛顿第二定律列式后联立求解.
知识点:动量守恒定律
题型:选择题
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