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太陽現正處于主序星演化階段。它主要是由電子和、等原子核組成。維持太陽輻射的是它內部的核聚變反應,核反應方程是釋放的核能,這些核能最后轉化為輻射能。根據目前關于恒星演化的理論,若由于聚變反應而使太陽中的核數目從現有數減少10%,太陽將離開主序星階段而轉入紅巨星的演化階段。為了簡化,假定目前太陽全部由電子和核組成。
(1)為了研究太陽演化進程,需知道目前太陽的質量M。已知地球半徑R=6.4×106 m,地球質量m=6.0×1024 kg,日地中心的距離r=1.5×1011 m,地球表面處的重力加速度g=10 m/s2,1年約為3.2×107秒,試估算目前太陽的質量M。
(2)已知質子質量mp=1.6726×1027 kg,質量mα=6.6458×1027 kg,電子質量me=0.9×1030 kg,光速c=3×108 m/s。求每發(fā)生一次題中所述的核聚變反應所釋放的核能。
(3)又知地球上與太陽垂直的每平方米截面上,每秒通過的太陽輻射能w=1.35×103 W/m2。試估算太陽繼續(xù)保持在主序星階段還有多少年的壽命。(估算結果只要求一位有效數字。)
 
(1)2×1030 kg        (2)4.2×1012 J  (3)1百億年
(1)估算太陽的質量M
設T為地球繞日心運動的周期,則由萬有引力定律和牛頓定律可知
                             ①
地球表面處的重力加速度
                                     ②
                             ③
以題給數值代入,得M=2×1030 kg                       ④
(2)根據質量虧損和質能公式,該核反應每發(fā)生一次釋放的核能為
E=(4mp+2memαc2                       ⑤
代入數值,得
E=4.2×1012 J                                ⑥
(3)根據題給假設,在太陽繼續(xù)保持在主序星階段的時間內,發(fā)生題中所述的核聚變反應的次數為                                ⑦
因此,太陽總共輻射出的能量為
EN·△E
設太陽輻射是各向同性的,則每秒內太陽向外放出的輻射能為
ε=4πr2w                                 ⑧
所以太陽繼續(xù)保持在主星序的時間為
                                      ⑨
由以上各式解得

以題給數據代入,并以年為單位,可得
t=1×1010年=1百億年   
練習冊系列答案
相關習題

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖15-2-1所示,R是一種放射性物質,虛線框內是勻強磁場B,LL′是一厚紙板,MM′是熒光屏.實驗時,發(fā)現在熒光屏O、P兩處有亮斑,則此時磁場方向、到達O點的射線、到達P點的射線與實驗相符的有(   )

圖15-2-1
 
磁場方向
到達O點射線
到達P點射線
A
B
C
D
豎直向上
豎直向下
垂直紙面向內
垂直紙面向外
β射線
α射線
γ射線
γ射線
α射線
β射線
β射線
α射線

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

半個世紀以來,熱核聚變的研究一直圍繞著一個主題,那就是要實現可控的核聚變反應,造出一個人造太陽,一勞永逸地解決人類的能源危機。在受控核聚變裝置中,需要把核反應物質——氘()和氚()“加熱”到上億度而成為等離子體,而這些等離子體無法用通常意義上的“容器”盛裝,只能用強磁場來束縛它們。前不久,中國科學家率先建成了世界上第一個可控全超導核聚變實驗裝置,模擬太陽實現可控的核聚變。


可控全超導核聚變裝置從內到外有五層部件構成,比較復雜,F在按下面的簡化模型來討論這個問題:如圖所示,設想最關鍵的環(huán)狀磁容器是一個橫截面為環(huán)形的區(qū)域:內徑為R1,外徑為R2,區(qū)域內有垂直于截面向里的磁感強度為B的勻強磁場。
(1)該核反應方程式為:_____________________________;
(2)已知氘()、氚()、氦()核、中子()的靜質量分別為m1、m2、m3、m4,那么在每一個核反應中釋放的能量為多少?(已知光速為C)
(3)若等離子體源恰好放置在環(huán)心O點,它能沿半徑方向輻射出各種速率的帶電粒子,這些帶電粒子的最大荷質比為k,不計帶電離子的重力,該磁場能夠約束住的這些帶電粒子的最大速率是多少?
 

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題


(2)靜止的鋰核63Li俘獲一個速度為8×106 m/s的中子,發(fā)生核反應后若只產生了兩個新粒子,其中一個粒子為氮核42He,它的速度大小是8×106 m/s,方向與反應前的中子速度方向相同,求反應后產生的另一個粒子的速度。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

質子的質量為mp,中子的質量為mn,氦核的質量為mα,下列關系式正確的是
A.mα=2mp+2mnB.mα<2mp+2mn
C.mα>2mp+2mnD.以上關系都不對

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:填空題

已知:、、、的質量分別為m1、m2、m3、m4,則關于核反應:++,下列說法正確的是(    )
A.這是個核聚變的過程
B.這是個核裂變的過程
C.該過程中放出的能量為(m3+m4-m1-m2)c2
D.該過程中放出的能量為(m1+m2-m3-m4)c2

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,印度第一艘自主研發(fā)的核潛艇于2009年7月26日正式下水,成為世界第六個擁有核潛艇的國家.核動力潛艇是潛艇中的一種類型,指以核反應堆為動力來源設計的潛艇.在核反應中有一種是一個
23592
U原子核在中子的轟擊下發(fā)生的一種可能的裂變反應,其裂變方程為
23592
U+
10
n→X+
9438
Sr+10
10
n,則下列敘述正確的是( 。
A.X原子核中含有54個質子
B.X原子核中含有53個中子
C.裂變時釋放能量是因為虧損的質量變成了能量
D.裂變時釋放能量,出現質量虧損,質量數不守恒

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

下列說法中正確的是(   )
A.在任何參考系中,物理規(guī)律都是相同的,這就是廣義相對性原理
B.狹義相對論認為:在不同的慣性參考系中,物理規(guī)律都是不同的
C.一個均勻的引力場與一個做勻速運動的參考系等價,這就是著名的等效原理
D.一個均勻的引力場與一個做勻加速運動的參考系等價,這就是著名的等效原理

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

關于核能及愛因斯坦質能方程,下列說法中正確的是(   )
A.核子結合成原子核時,需吸收能量
B.核子結合成原子核時,會放出能量
C.E=mc2中的E是質量為m的物體以光速運動時的動能
D.ΔE=Δmc2表示釋放的能量與質量虧損的關系

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