【分析】分竖直和水平两个方向,分别运用动量定理列式,求出球对光子的作用力的两个分力,再合成求球对光子的作用力,由牛顿第三定律得到光对球的合力.
【解答】解:设光束1单位时间内射出的光子数为N1,光束2单位时间内射出的光子数为N2,该激光束单个光子的动量为P.规定向右为水平方向的正方向.向上为竖直方向的正方向.根据动量定理得
对光束1有:
水平方向:(N1△t)(P﹣Pcosθ)=F1x•△t
竖直方向:(N1△t)(0﹣Psinθ)=F1y•△t
对光束2有:
水平方向:(N2△t)(P﹣Pcosθ)=F2x•△t
竖直方向:(N2△t)[0﹣(﹣Psinθ)]=F2y•△t
a、光束①和②强度相同,有 N1=N2.
Fx=F1x+F2x>0,方向向右
Fy=F1y+F2y=0
所以 F=Fx,方向水平向右
根据牛顿第三定律可知,小球所受的合力方向水平向左.
b、若强度不同,且N1>N2.所以
Fx=F1x+F2x>0,方向向右
Fy=F1y+F2y<0,方向竖直向下
根据力的合成可知,合力 F方向为右下
根据牛顿第三定律知,小球所受的合力方向为左上.
答:
a.光束①和②强度相同时,光束因折射对小球产生的合力的方向向左;
b.光束①比②强度大时,小球所受的合力方向为左上.
【点评】解决本题的关键建立物理模型,可将光子抽象成小球,根据动量定理进行分析其受力情况.