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题型:简答题
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简答题

阅读如下资料并回答问题:

自然界中的物体由于具有一定的温度.会不断向外辐射电磁波,这种辐射因与温度有关,称为热辐射.热辐射具有如下特点:①辐射的能量中包含各种波长的电磁波;②物体温度越高,单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大;③在辐射的总能量中,各种波长所占的百分比不同.处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时,也要吸收由其他物体辐射的电磁能量,如果它处在平衡状态,则能量保持不变.若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响,我们定义一种理想的物体.它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射,这样的物体称为黑体.单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比,即P0=σT4.其中常量σ=6×10-8W/(m2•K4).在下面的问题中,把研究对象(太阳、火星)都简单地看作黑体.有关数据及数学公式:太阳半径Rs=7×108m,太阳表面温度T=6000K,火星半径r=3.4×106m.求面积S=4πR2,其中R为球半径.(计算时都保留两位有效数字)

(1)太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10-7m~1×10-5m范围内,求相应的频率范围(光速C=3×108m/s)?

(2)每秒从太阳表面辐射的总能量为多少?

(3)火星受到来自太阳的辐射可认为垂直射到面积为πr2(r为火星半径)的圆盘上.已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍,忽略其它天体及宇宙空间的辐射,试估算火星的平均温度.

正确答案

(1)太阳热辐射能量以光子射出∴C=λf即f=

得f1===1.5×1015(Hz)

f2===3.0×1013(Hz)

∴f在(3.0×1013Hz~1.5×1015Hz)

(2)由黑体辐射能量的公式可得

Q=P0St=σT4•4π•t=6×10-8×60004×4×3.14×(7×108)2×1=4.8×1030J

(3)设火星表面温度为T,而太阳到达火星表面单位时间辐射到火星的能量为:P=P0S•=σT4•4πRS2

其中d=400Rs

得P=σT4

∴σT′4•4πr2=P=σT′4

解得T′==2.1×102K

答:(1)太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10-7m~1×10-5m范围内,相应的频率范围为3.0×1013Hz~1.5×1015Hz;

(2)每秒从太阳表面辐射的总能量为4.8×1030J;

(3)火星的平均温度210K.

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题型:简答题
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简答题

2013年12月15日“嫦娥三号”探测器成功实现“月面软着陆”.若着陆的最后阶段可简化为三个过程:①探测器从月球表面附近高为H处开始匀减速竖直下降至静止;②悬停(即处于静止状态);③自由下落至月球表面.为了保证探测器的安全,要求探测器到达月球表面的速度不能超过vm,月球表面附近的重力加速度为g0,探测器在减速过程中每秒钟消耗的燃料为△m=pa+q(a为探测器匀减速下降的加速度大小,p、q为大于零的常数).忽略探测器因消耗燃料而引起的质量变化.

(1)求探测器悬停位置距月球表面的最大高度hm

(2)若在(1)中悬停最大高度hm不变的情况下,为使探测器减速下降过程中消耗的燃料质量最少,则该过程中探测器的加速度为多大,最低消耗燃料的质量m为多少.

正确答案

(1)在自由下落到月球表面的过程中,由vm2=2g0hm

解得:hm=

(2)探测器从高为H处匀减速下降到hm悬停位置的过程中,由运动学公式得:

H-hm=at2

又m=△m△t=(ap+q)=(p+

由上式可知,当p=

即a=时,所消耗的燃料最少

则有:m=2×=2)

答:(1)探测器悬停位置距月球表面的最大高度hm

(2)最低消耗燃料的质量m为2)..

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题型:填空题
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填空题

单位时间内垂直通过单位面积的声波能量达1×10-4J时,其声强为80分贝,超过80分贝就会影响到人们的正常生活.喷气式飞机飞行时产生的噪音很强,其声源的功率是3.14×104W,假设其声源能量均匀地向整个空间传播,则以声源为球心的空间任一球面上每秒钟通过的声源能量是______J,为了使飞机的噪音传到地面时其强度不超过80分贝,则飞机飞行的高度不得低于______m.(已知球面积公式S=4πR2

正确答案

以声源为球心的空间任一球面上每秒钟通过的声源能量是相同的,等于声源的功率,为3.14×104J;

单位时间内垂直通过单位面积的声波能量达1×10-4J时,其声强为80分贝,根据能量守恒定律,有:

P•S=P

其中:S=4×πr2

故1×10-4×4×3.14×r2=3.14×104

解得:r=5000m;

故答案为:3.14×104,5000.

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题型:简答题
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简答题

一个晴朗的天气,小明觉得湖水中鱼儿戏水时吐出小气泡的情景很美,于是画了一幅鱼儿戏水的图画(如图所示)。但旁边的同学认为他的画有不符合物理规律之处,请根据你所掌握的物理知识正确画出草图,并指出这样画的物理依据。

①(2分)请在答题纸上画上你认为正确的草图

②(3分)依据                                 

③(2分)如果认为小气泡在水中缓慢上升,则小气泡中的气体对外做的功   (填“大于”、“等于或“小于”)气体吸收的热量。

正确答案

① 如图所示  ②因上层水温较高和压强较小,故小气泡在上升过程中气泡内压强减小,温度升高,体积增大。③“小于”

试题分析:①、②晴朗天气,上层水温较高,压强较小,故小气泡在上升过程中气泡内压强减小,温度升高,体积增大,所以正确的草图如图

③由题意知,气泡在上升过程中,温度升高△U>0,体积增大W<0,吸收热量Q>0,根据热力学第一定律△U=W+Q,可知气体对外做的功小于气体吸收的热量。

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题型:填空题
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填空题

如图,一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c,吸收了340J的热量,并对外做功120J。若该气体由状态a沿adc变化到状态c时,对外做功40J,则这一过程中气体     (填“吸收”或“放出”)     J热量。

正确答案

吸收   260

由热力学第一定律,由状态a沿abc变化到状态c,内能增加340J-120J=220J.。该气体由状态a沿adc变化到状态c时,对外做功40J,则这一过程中气体吸收热量260J

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