【題目】處于自然狀態(tài)的物體會(huì)不斷地向外輻射電磁波，同時(shí)也會(huì)吸收由其他物體輻射來的電磁波，當(dāng)輻射和吸收達(dá)到平衡時(shí)，物體的溫度保持不變。如果某物體能完全吸收入射到其表面的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就稱為黑體。黑體也會(huì)同時(shí)向外輻射電磁波，已知單位時(shí)間內(nèi)從黑體表面單位面積輻射出電磁波的能量I與黑體表面熱力學(xué)溫度T的4次方成正比，即I=σT4，其中σ為已知常量。

（1）若將火星看成表面溫度相同的球形黑體，火星的半徑為r，火星中心到太陽(yáng)中心的距離為L，且L遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于r，所以火星接收到來自太陽(yáng)的輻射可視為垂直射到面積為πr2的圓面上。已知太陽(yáng)向外輻射電磁波的總功率為P1。火星大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和反射、太陽(yáng)輻射在傳播過程中的能量損失，以及其他天體和宇宙空間的輻射均可忽略不計(jì)。

① 求在火星表面垂直于太陽(yáng)和火星連線的單位面積接收到的來自太陽(yáng)輻射的功率P0；

② 設(shè)火星向四面八方各個(gè)方向均勻輻射，請(qǐng)寫出當(dāng)吸收和輻射達(dá)到平衡時(shí)火星表面熱力學(xué)溫度T火的表達(dá)式。

（2）太陽(yáng)輻射電磁波的能量來源于如圖甲所示的太陽(yáng)中心的“核反應(yīng)區(qū)”�！昂朔磻�(yīng)區(qū)”產(chǎn)生的電磁波在向太陽(yáng)表面?zhèn)鞑サ倪^程中，會(huì)不斷被太陽(yáng)的其他部分吸收，然后再輻射出頻率更低的電磁波。為了研究“核反應(yīng)區(qū)”的溫度，某同學(xué)建立如下簡(jiǎn)化模型：如圖乙所示，將“核反應(yīng)區(qū)”到太陽(yáng)表面的區(qū)域視為由很多個(gè)“薄球殼層”組成，第1“薄球殼層”的外表面為太陽(yáng)表面；各“薄球殼層”的內(nèi)、外表面都同時(shí)分別向相鄰內(nèi)“薄球殼層”和外“薄球殼層”均勻輻射功率相等的電磁波（第1“薄球殼層”的外表面向太空輻射電磁波，最內(nèi)側(cè)的“薄球殼層”的內(nèi)表面向“核反應(yīng)區(qū)”輻射電磁波），如圖丙所示；“核反應(yīng)區(qū)”產(chǎn)生的電磁波的能量依次穿過各“薄球殼層”到達(dá)太陽(yáng)的表面，每個(gè)“薄球殼層”都視為黑體，且輻射和吸收電磁波的能量已達(dá)到平衡，所以各“薄球殼層”的溫度均勻且恒定。

已知太陽(yáng)表面熱力學(xué)溫度為T1，所構(gòu)想的“薄球殼層”數(shù)目為N，太陽(yáng)半徑R1與“核反應(yīng)區(qū)”的半徑RN滿足R1=kRN（k為已知的常數(shù)），第1“薄球殼層”的外表面向外輻射電磁波的總功率為P1。請(qǐng)根據(jù)該同學(xué)建立的模型和題目中給出的信息，解答下列問題。

① 求第2、第3和第N“薄球殼層”向相鄰的外“薄球殼層”輻射電磁波的功率P2、P3和PN；

② 若認(rèn)為“核反應(yīng)區(qū)”的溫度和第N“薄球殼層”的溫度TN相等，請(qǐng)推導(dǎo)出“核反應(yīng)區(qū)”熱力學(xué)溫度TN的表達(dá)式。結(jié)合所得到TN的表達(dá)式，請(qǐng)說明該同學(xué)的模型是否合理？若不合理，請(qǐng)說明理由。

【答案】（1）①；②T火=；（2）①2P1，3P1，NP1；②見解析

【解析】

（1）①在以太陽(yáng)為中心L為半徑的球面上，單位面積接收到的太陽(yáng)輻射的功率為

這就是在火星表面垂直于太陽(yáng)和火星連線上單位面積接收到的來自太陽(yáng)輻射的功率。

②火星接收到的來自太陽(yáng)的電磁輻射總功率

P火=

火星吸收太陽(yáng)的電磁波的能量與自身輻射電磁波的能量達(dá)到平衡時(shí)有

P火=

根據(jù)題意有

I=σT火4

聯(lián)立以上3式，解得

T火=

（2）①根據(jù)題意，當(dāng)輻射和吸收電磁波的能量達(dá)到平衡時(shí)

對(duì)于第一層有

P2=2P1

對(duì)于第二層有

2P2= P3+P1

所以

P3=3P1

對(duì)于第三層有

2P3= P4+P2

所以

P4=4P1

由此可推知

PN=NP1

② 太陽(yáng)表面單位時(shí)間內(nèi)向外輻射的總功率為P1，則在太陽(yáng)表面

同理，對(duì)于第N薄球殼層應(yīng)有

聯(lián)立以上兩式得

這個(gè)模型不太合理。薄球殼的層數(shù)沒有確定，而根據(jù)表達(dá)式，分的薄球殼層數(shù)越多，核反應(yīng)層溫度越高，當(dāng)N趨近無(wú)窮大時(shí)，溫度趨近于無(wú)窮高。但實(shí)際核反應(yīng)層的溫度應(yīng)該是一個(gè)有限值。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】用如圖所示裝置通過半徑相同的A、B兩球碰撞來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，實(shí)驗(yàn)時(shí)先使質(zhì)量為mA的A球從斜槽上某一固定點(diǎn)G由靜止開始滾下，落到位于水平地面的記錄紙上，留下痕跡，重復(fù)上述操作10次，得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡．把質(zhì)量為mB的B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，讓A球仍從位置G由靜止開始滾下，和B球碰撞后，A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡，重復(fù)這種操作10次，得到了如圖所示的三個(gè)落地處．

①請(qǐng)?jiān)趫D中讀出OP=________cm；

②由圖可以判斷出R是________球的落地點(diǎn)，Q是________球的落地點(diǎn)．

③為了驗(yàn)證碰撞前后動(dòng)量守恒，該同學(xué)只需驗(yàn)證表達(dá)式________．

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】(1)在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，如圖所示，金屬絲直徑d=___________mm；

(2)下述關(guān)于用多用電表歐姆擋測(cè)電阻的說法中正確的是___________。

A. 測(cè)量電阻時(shí)，如果指針偏轉(zhuǎn)過大，應(yīng)將選擇開關(guān)S撥至倍率較小的擋位，重新調(diào)零后測(cè)量

B. 測(cè)量電阻時(shí)，如果紅、黑表筆分別插在負(fù)、正插孔，則會(huì)影響測(cè)量結(jié)果

C. 測(cè)量電路中的某個(gè)電阻，應(yīng)該把該電阻與電路斷開

D. 測(cè)量阻值不同的電阻時(shí)，都必須重新調(diào)零

(3)用電流表和電壓表測(cè)定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組(電動(dòng)勢(shì)約4.5V，內(nèi)電阻約1Ω的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，除待測(cè)電池組、電鍵、導(dǎo)線外，還有下列器材供選用：

A. 電流表:量程0.6A，內(nèi)電阻約1Ω；

B. 電流表:量程3A，內(nèi)電阻約0.2Ω；

C. 電壓表:量程3V，內(nèi)電阻約30kΩ；

D. 電壓表:量程6V，內(nèi)電阻約60kΩ；

E. 滑動(dòng)變阻器:0-1000Ω，額定電流0.5A；

F. 滑動(dòng)變阻器:0-20Ω，額定電流2A；

為了使測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，電流表應(yīng)選用______，電壓表應(yīng)選用_______，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用_______(均填儀器的字母代號(hào)).

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖，空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向右，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外．已知在該區(qū)域內(nèi)，一個(gè)帶電小球在豎直面內(nèi)做直線運(yùn)動(dòng)．下列說法正確的是(　　)

A. 若小球帶正電荷，則小球的電勢(shì)能減小

B. 若小球帶負(fù)電荷，則小球的電勢(shì)能減小

C. 無(wú)論小球帶何種電荷，小球的重力勢(shì)能都減小

D. 小球的動(dòng)能恒定不變

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】利用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，可以探究“加速度與質(zhì)量、受力的關(guān)系”。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先調(diào)整墊木的位置，使小車不掛配重時(shí)能在傾斜長(zhǎng)木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，以平衡小車運(yùn)動(dòng)過程中所受的摩擦力。再把細(xì)線系在小車上，繞過定滑輪與配重連接。調(diào)節(jié)滑輪的高度，使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行。在接下來的實(shí)驗(yàn)中，各組情況有所不同。

(1)甲組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程如下：

①保持小車質(zhì)量一定，通過改變配重片數(shù)量來改變小車受到的拉力。改變配重片數(shù)量一次，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一條紙帶。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到5條紙帶和5個(gè)相應(yīng)配重的重量。

②如圖是其中一條紙帶的一部分，A、B、C為3個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚�(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)實(shí)際打點(diǎn)沒有畫出。通過對(duì)紙帶的測(cè)量，可知A、B間的距離為2.30cm，B、C間的距離為 ________cm.。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為0.02 s，則小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小為______m/s2.

③分析紙帶，求出小車運(yùn)動(dòng)的5個(gè)加速度a，用相應(yīng)配重的重量作為小車所受的拉力大小F，畫出小車運(yùn)動(dòng)的加速度a與小車所受拉力F之間的aF圖象，如圖所示。由圖象可知小車的質(zhì)量約為_____kg (結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).

(2)乙組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程如下：

①用5個(gè)質(zhì)量均為50g的鉤碼作為配重進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

②將鉤碼全部掛上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，打出紙帶。

③從配重處取下一個(gè)鉤碼放到小車?yán)�，打出紙帶�?/span>

④重復(fù)③的實(shí)驗(yàn)，共得到5條紙帶。

⑤分析紙帶，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出小車加速度與懸掛鉤碼所受重力的之間aF圖象。乙組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些思考，提出以下觀點(diǎn)，你認(rèn)為其中正確的是________.

A．若繼續(xù)增加懸掛鉤碼的數(shù)量，小車加速度可以大于當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?/span>

B．根據(jù)aF圖象，可以計(jì)算出小車的質(zhì)量

C．只有當(dāng)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于懸掛鉤碼的質(zhì)量時(shí)，aF圖象才近似為一條直線

D．無(wú)論小車質(zhì)量是否遠(yuǎn)大于懸掛鉤碼的質(zhì)量，aF圖象都是一條直線。

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】一輛汽車做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，初速度為15m/s，加速度大小為3m/s2，求：

（1）汽車3s末速度的大小。

（2）汽車第2s內(nèi)的位移。

（3）汽車8s的位移。

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，傾角為的固定斜面上有m和M兩個(gè)靜止的物塊。m與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)是確定的數(shù)值，M是光滑的，與斜面之間無(wú)摩擦力。m的質(zhì)量不變，逐漸增加M的質(zhì)量，在m與斜面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)前，下列說法正確的是（ ）

A.m受到的合力逐漸變大

B.斜面對(duì)m的支持力逐漸變大

C.m受到的斜面的摩擦力逐漸變大

D.M對(duì)m的壓力保持不變

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)，待測(cè)金屬絲接入電路部分長(zhǎng)度約為50cm.

(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，其中某一次測(cè)量結(jié)果如圖所示，其讀數(shù)為______mm；

(2)用伏安法測(cè)量金屬絲的電阻.實(shí)驗(yàn)所用的器材為：電池組（電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻約1）、電流表（內(nèi)阻約0.1）、電壓表（內(nèi)阻約）、滑動(dòng)變阻器，額定電流2A，開關(guān)、導(dǎo)線若干.實(shí)驗(yàn)前已用多用電表粗測(cè)得待測(cè)金屬絲的電阻約為.則實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采用圖

中的__________圖對(duì)應(yīng)的電路.（選填“A”或“B”）

(3)由于電阻的測(cè)量存在系統(tǒng)誤差，因此本實(shí)驗(yàn)測(cè)得電阻率與真實(shí)值比較偏______（選填“大”或“小”）

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】水平傳送帶勻速運(yùn)動(dòng)，速度大小v，現(xiàn)將一小工件輕輕放在傳送帶上，它將在傳送帶上滑動(dòng)一小段距離后，速度才達(dá)到v，而與傳送帶相對(duì)靜止，設(shè)小工件質(zhì)量為m，它與傳送帶問的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，在m與皮帶相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程中（ ）

A．工件是變加速運(yùn)動(dòng)

B．滑動(dòng)摩擦力對(duì)工件做功

C．工件相對(duì)傳送帶的位移大小為

D．工件與傳送帶因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能為

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