太阳中心的“核反应区”不断地发生着轻核聚变反应,这是太阳辐射出能量的源泉。已知太阳向外辐射能量的总功率为P1,太阳中心到火星中心的距离为L,火星的半径为r,且r远远小于L.火星大气层对太阳辐射的吸收和反射、太阳辐射在传播过程中的能量损失,以及其他天体和宇宙空间的辐射均可忽略不计。
(1)太阳中心的典型轻核聚变反应是4个质子( 11H)聚变成1个氦原子核( 42He)同时产生2个正电子( 01e),写出该聚变反应方程。
(2)求在时间t内,火星接收来自太阳辐射的总能量E火。
(3)自然界中的物体会不断地向外辐射电磁波,同时也会吸收由其他物体辐射来的电磁波,当辐射和吸收平衡时,物体的温度保持不变。如果某物体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就称为黑体。已知单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的能量I与黑体表面热力学温度T的4次方成正比,即I=σT4,其中σ为已知常量。
①若将火星看成表面温度相同的黑体,求辐射和吸收达到平衡时,其表面平均温度T火的表达式;
②太阳辐射电磁波的能量来源于如图甲所示的太阳中心的“核反应区”。“核反应区”产生的电磁波在向太阳表面传播的过程中,会不断被太阳的其他部分吸收,然后再辐射出频率更低的电磁波。为了研究“核反应区”的温度,某同学建立如下简化模型:如图乙所示,将“核反应区”到太阳表面的区域视为由很多个“薄球壳层”组成,第1“薄球壳层”的外表面为太阳表面;各“薄球壳层”的内、外表面都同时分别向相邻内“薄球壳层”和外“薄球壳层”均匀辐射功率相等的电磁波(第1“薄球壳层”的外表面向太空辐射电磁波,最内侧的“薄球壳层”的内表面向“核反应区”辐射电磁波),如图丙所示;“核反应区”产生的电磁波的能量依次穿过各“薄球壳层”到达太阳的表面,每个“薄球壳层”都视为黑体,且辐射和吸收电磁波的能量已达到平衡,所以各“薄球壳层”的温度均匀且恒定。
已知“核反应区”的半径与太阳半径之比约为R:R0=1:4,太阳的表面温度约为T0=6×103K,所构想的薄球壳层数N=1.0×1012.据此模型,估算“核反应区”的温度T的值,并指出该模型的主要缺点。

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【考点】爱因斯坦质能方程的应用;轻核的聚变及反应条件.
【答案】见试题解答内容
【解答】
【点评】
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发布:2024/4/20 14:35:0组卷:127引用:1难度:0.3
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