ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер p275.2: Давление света. Фотосинтез. Фотохимические реакции

План решения:

Для объяснения природы давления света необходимо обратиться к корпускулярным свойствам электромагнитного излучения. Согласно квантовой теории, свет состоит из дискретных порций энергии — фотонов. Каждый фотон обладает не только энергией, но и импульсом. Давление света возникает в результате передачи импульса от фотонов веществу при их поглощении или отражении. Мы рассмотрим этот процесс с точки зрения изменения импульса частиц.

Вычисление и обоснование:

Энергия одного фотона определяется формулой E=hν, где h — постоянная Планка, а ν — частота излучения. Импульс фотона связан с его энергией соотношением p=E/c=hν/c, где c — скорость света в вакууме.

Когда поток фотонов падает на поверхность тела, происходит столкновение частиц с атомами вещества. Если фотон полностью поглощается поверхностью, то весь его импульс передается телу. Изменение импульса одного фотона составляет Δp=p-0=p. По второму закону Ньютона, сила равна скорости изменения импульса: F=dp/dt. Поскольку давление P определяется как сила, действующая на единицу площади (S), то для потока фотонов, падающих перпендикулярно поверхности, давление можно выразить через плотность потока энергии (интенсивность) I: P_abs=I/c

Если же поверхность идеально отражает свет, то импульс фотона меняет направление на противоположное. В этом случае изменение импульса одного фотона равно Δp=p-(-p)=2p. Следовательно, давление на зеркальную поверхность вдвое больше, чем на черную (поглощающую): P_refl=2I/c

Проверка и вывод:

Таким образом, природа давления света заключается в механическом воздействии потока фотонов на вещество. Фотоны, обладая импульсом, передают его частицам поверхности при взаимодействии. Это явление подтверждает корпускулярную природу света и согласуется с экспериментальными данными (например, опытами Лебедева). Чем интенсивнее световой поток и чем лучше поверхность отражает излучение, тем больше создаваемое давление.