光子不僅具有能量，也具有動量。照到物體表面的光子被物體吸收或被反射都會對物體產(chǎn)生一定的壓強，這就是光壓。光壓的產(chǎn)生機理與氣體壓強產(chǎn)生的機理類似：大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞產(chǎn)生持續(xù)均勻的壓力，器壁在單位面積上受到的壓力變現(xiàn)為氣體的壓強。體積為V的正方形密閉容器中有大量的光子，如圖所示。為簡化問題，我們做如下假定：每個光子的頻率均為ν，光子與器壁各面碰撞的機會均等，光子與器壁碰撞為彈性碰撞，且碰撞前后瞬間，光子動量方向都與器壁垂直，不考慮器壁發(fā)出的光子數(shù)和對光子的吸收，光子的總數(shù)保持不變，且單位體積內(nèi)光子個數(shù)為n；光子之間無相互作用。已知：單個光子的能量?和動量p間存在關(guān)系?=pc（其中c為光速），普朗克常數(shù)為h。
（1）①寫出單個光子的動量p的表達式（結(jié)果用c、h和ν表示）
②寫出光壓的表達式（結(jié)果用n、h、ν表示）
（2）類比理想氣體，我們將題目所述的大量光子的集合稱為光子氣體，把容器中所有光子的能量稱為光子氣體的內(nèi)能。
①求出容器內(nèi)光子氣體內(nèi)能U的表達式（結(jié)果用V和光壓I表示）
②為V的容器內(nèi)存在質(zhì)量為m、單位體積內(nèi)氣體分子個數(shù)為n’的理想氣體，分子速率均為v,且與器壁各面碰撞的機會均等；與器壁碰撞前后瞬間，光子動量方向都與器壁垂直，且速率不變。求氣體內(nèi)能U′與體積V和壓強p_氣的關(guān)系；并從能量和動量之間關(guān)系的角度說明光子氣體內(nèi)能表達式與氣體內(nèi)能表達式不同的原因。