题目内容

太阳现正处于主序星演化阶段.它主要是由正、负电子和等原子核组成的,维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,核反应方程是(释放的核能),这些核能最后转化为辐射能.根据目前关于恒星演化的理论,若由于聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10%,太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段,为了简化,假定目前太阳全部由核组成.

(1)为了研究太阳演化进程,需知道目前太阳的质量M,已知地球半径R=6.4×106 m,地球质量m=6.0×1024 kg,日地中心的距离r=1.5×1011 m,地球表面处的重力加速度g=10 m/s2,1年约为3.2×107 s,试估算目前太阳的质量M.

(2)已知质子质量mp=1.672 6×10-27kg,He质量mα=6.645 8×10 -27 kg,电子质量me=0.9×10-30 kg,光速c=3×108 m/s,求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.

(3)已知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上,每秒通过的太阳辐射能W=1.35×103 J/m2,试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命.(估算结果只要求一位有效数字)

(1)2×1030 kg  (2)4×10-12 J  (3)1百亿年


解析:

(1)估算太阳的质量为M,设T为地球绕日心运动的周期,则由万有引力定律和牛顿定律可知地球表面重力加速度为,联立解得

(2)根据质量亏损和质能方程,该核反应每发生一次释放的核能为ΔE=(4mp-2me-mα)c2=

4×10-12 J.

(3)根据题给假定,在太阳继续保持在主序星阶段的时间内,发生题中所述的核聚变反应的次数为,因此,太阳总共辐射的能量为E=N·ΔE.设太阳辐射是各向同性的,则每秒内太阳向外放出的辐射能为ε=4πr2W,所以太阳继续保持在主序星的时间为,由以上各式解得以题给数据代入,并以年为单位,可得t=1×1010年=1百亿年.

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