7.太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和、等原子核组成。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电子和核组成。

(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=10m/s2 ,1年约为3.2×107秒,试估算目前太阳的质量M。

(2)已知质子质量mp=1.6726×1027 kg,质量mα=6.6458×1027 kg,电子质量 me=0.9×1030 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)又知地球上与太阳垂直的每平方米截面上,每秒通过的太阳辐射能w=1.35×103 W/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。)

解析:(1)要估算太阳的质量M,研究绕太阳运动的任一颗行星的公转均可,现取地球为研究对象。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

         ①

地球表面处的重力加速度  ②

得         ③

以题给数值代入,得M=2×1030 kg   ④

(2)根据质量亏损和质能公式,该核反应每发生一次释放的核能为

△E=(4mp+2me-mα)c2             ⑤

代入数值,得△E=4.2×10-12 J            ⑥

(3)根据题给假设,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               ⑦

因此,太阳总共辐射出的能量为E=N·△E

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  ⑧

所以太阳继续保持在主星序的时间为        ⑨

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    ⑩

点评:该题是信息题,关键是在大量的信息中选取有用的信息,而不被其他信息所干扰。如第(1)小题,实际上是万有引力定律在天文学上的应用,与原子核的知识无关。第(3)题,需要构建出太阳各向同性地向周围空间辐射核能(辐向能量流)的物理模型,是考查空间想象能力和建模能力的好题,这种题还会是以后命题的方向。

5.如图所示,两块同样的玻璃直角三棱镜ABC,两者的AC面是平行放置的,在它们之间是均匀的未知透明介质。一单色细光束O垂直于AB面入射,在图示的出射光线中,下列说法正确的是[    ]

A.1、2、3(彼此平行)中的任一条都有可能

B.4、5、6(彼此平行)中的任一条都有可能

C.7、8、9(彼此平行)中的任一条都有可能

D.只能是4、6中的某一条

解析:光线由左边三棱镜AB面射入棱镜,不改变方向;接着将穿过两三棱镜间的未知透明介质进入右边的三棱镜,由于透明介质的两表面是平行的,因此它的光学特性相当于一块两面平行的玻璃砖,能使光线发生平行侧移,只是因为它两边的介质不是真空,而是折射率未知的玻璃,因此是否侧移以及侧移的方向无法确定(若未知介质的折射率n与玻璃折射率n玻相等,不侧移;若n>n玻时,向上侧移;若n<n玻时,向下侧移),但至少可以确定方向没变,仍然与棱镜的AB面垂直。这样光线由右边三棱镜AB面射出棱镜时,不改变方向,应为4、5、6中的任意一条。选项B正确。

点评:平时碰到的两面平行的玻璃砖往往是清清楚楚画出来的,是“有形”的,其折射率大于周围介质的折射率,这时光线的侧移方向也是我们熟悉的。而该题中,未知介质形成的两面平行的“玻璃砖”并未勾勒出来,倒是其两侧的介质(三棱镜)被清楚地勾勒出来了,而且前者的折射率未必大于后者。这就在一定程度上掩盖了两面平行“玻璃砖”的特征。因此我们不仅要熟悉光学元件的光学特征,而且要会灵活地运用,将新的情景转化为我们熟知的模型。

 0  249284  249292  249298  249302  249308  249310  249314  249320  249322  249328  249334  249338  249340  249344  249350  249352  249358  249362  249364  249368  249370  249374  249376  249378  249379  249380  249382  249383  249384  249386  249388  249392  249394  249398  249400  249404  249410  249412  249418  249422  249424  249428  249434  249440  249442  249448  249452  249454  249460  249464  249470  249478  447090 

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