激光由于其單色性好、亮度高、方向性好等特點(diǎn),在科技前沿的許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。光子的能量E、動(dòng)量p以及光在真空中的傳播速度為c滿(mǎn)足關(guān)系:E=pc。
(1)科研人員曾用強(qiáng)激光做過(guò)一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn):一個(gè)水平放置的小玻璃片被一束強(qiáng)激光托在空中。已知激光豎直向上照射到質(zhì)量為m的小玻璃片上后,全部被小玻璃片吸收,重力加速度為g,光在真空中的傳播速度為c。求激光照射到小玻璃片上的功率P0;
(2)激光冷卻和原子捕獲技術(shù)在科學(xué)上意義重大,特別是對(duì)生物科學(xué)將產(chǎn)生重大影響。所謂激光冷卻就是在激光的作用下使得做熱運(yùn)動(dòng)的原子減速,其具體過(guò)程如下:一質(zhì)量為m的原子沿著x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),波長(zhǎng)為λ0的激光束迎面射向該原子。運(yùn)動(dòng)著的原子就會(huì)吸收迎面而來(lái)的光子從基態(tài)躍遷,而處于激發(fā)態(tài)的原子會(huì)立即自發(fā)地輻射光子回到基態(tài)。在回到基態(tài)過(guò)程中,原子向各方向輻射光子的可能性可認(rèn)為是均等的,因而輻射不再對(duì)原子產(chǎn)生合外力的作用效果,并且可認(rèn)為原子的質(zhì)量沒(méi)有變化。已知普朗克常量為h,光在真空中的傳播速度為c。
①設(shè)原子單位時(shí)間內(nèi)與n個(gè)光子發(fā)生相互作用,求運(yùn)動(dòng)原子做減速運(yùn)動(dòng)的加速度a的大小;
②假設(shè)該基態(tài)原子以速度v0沿著x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),當(dāng)該原子吸收一個(gè)波長(zhǎng)為λ0的光子的能量后躍遷到了第一激發(fā)態(tài),且原子的速度大小發(fā)生了變化,但方向未變,請(qǐng)列出求該原子的第一激發(fā)態(tài)與其基態(tài)的能級(jí)差ΔE的力學(xué)方程(或方程組)。(只列方程不求解,且不需考慮相對(duì)論效應(yīng))
【答案】見(jiàn)試題解答內(nèi)容
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