题目内容
【题目】物理学中有一个非常有趣的现象:研究微观世界的粒子物理、量子理论,与研究宇宙的理论竟然相互沟通,相互支撑。目前地球上消耗的能量,追根溯源,绝大部分还是来自太阳内部核聚变时释放的核能。
(1)已知太阳向各个方向辐射能量的情况是相同的。如果太阳光的传播速度为c,到达地球需要的时间为t,在地球大气层表面每秒钟每平方米垂直接收到的太阳辐射能量为E0。请你求出太阳辐射的总功率P的表达式;
(2)根据量子理论可知,光子既有能量也有动量,光子的动量,其中h为普朗克常量,λ为光的波长。太阳光照射到地球表面时,如同大量气体分子频繁碰撞器壁一样,会产生持续均匀的“光压力”。为了将问题简化,我们假设太阳光垂直照射到地球上且全部被地球吸收,到达地球的所有光子能量均为4×10-19J,每秒钟照射到地球的光子数为4.5×1035。已知真空中光速,太阳对地球的万有引力大小约为3.5×1022N。请你结合以上数据分析说明,我们在研究地球围绕太阳公转时,是否需要考虑太阳“光压力”对地球的影响;(结果保留一位有效数字)
(3)在长期演化过程中,太阳内部的核反应过程非常复杂,我们将其简化为氢转变为氦。已知目前阶段太阳辐射的总功率,太阳质量(其中氢约占70%),氢转变为氦的过程中质量亏损约为1%。请你估算如果现有氢中的10%发生聚变大约需要多少年。(结果保留一位有效数字,1年按3×107s计算)
【答案】(1);(2)不需要;(3)
【解析】
(1)日地间距离
距太阳中心为r的球面面积
太阳辐射的总功率
(2)每个光子能量
每个光子动量
光照射到地球表面被吸收时,由动量定理有
代入数据可得,太阳光照射到地球表面产生的光压力
F光=6×108N
光压力与万有引力之比
由此可知,光压力远小于太阳对地球的万有引力,我们在研究地球围绕太阳公转时,不需要考虑太阳“光压力”对地球的影响。
(3)根据可知,每秒中太阳因核聚变亏损的质量
现有氢中的10%发生聚变反应而亏损的质量为
需要的时间
【题目】某同学用如图甲所示的实验装置,通过重物自由下落运动验证机械能守恒定律。
(1)实验过程中他进行了如下操作,其中操作不当的步骤是_____;
A.将打点计时器接到直流电源上
B.先释放纸带,后接通电源
C.在纸带上选取适当的数据点,并测量数据点间的距离
D.根据测量结果计算重物下落过程中减少的重力势能及增加的动能
(2)图乙是正确操作后得到的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为sA、sB、sC。已知重物质量为m,当地重力加速度为g,打点计时器的打点周期为T。从打下O点到打下B点的过程中,重物重力势能的减少量________,动能的增加量________;
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
(×10-2J) | 4.9 | 9.8 | 14.7 | 19.6 | 29.4 |
(×10-2J) | 5.0 | 10.1 | 15.1 | 20.0 | 29.8 |
(3)利用同一条纸带上的多个数据点进行计算并将计算结果填入下表(为便于比较,表中数据均保留一位小数)。分析数据后他发现表中的与之间存在差异,认为这是由于阻力的影响造成的。他的观点是否正确?请说明你的观点及判断依据_______________。