解题思路:(1)根据万有引力提供向心力和万有引力等于重力两个理论,联立解出太阳的质量.(2)根据爱因斯坦质能方程求出每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.(3)结合能量守恒定律,抓住核聚变的次数求出太阳继续保持在主序星阶段的寿命.
(1)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
G[Mm
r2=mr(
2π/T)2…①
地球表面处的重力加速度
g=G
m
R2]…②
由①、②式联立解得
M=m([2π/T])2
r3
gR2…③
代入题给数值,得M=2×1030kg…④
(2)根据质量亏损和质能方程,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,解得△E=4.2×10-12J⑥
(3)根据题给假定,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
N=[M
4mp×10%…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序星的时间为
t=
E/ɛ]…⑨
由以上各式,得:t=
0.1M(4mp+2me−mα)c2
4mp×4πr2W
代入题给数据,并以年为单位,可得:t=1×1010年
答:(1)估算目前太阳的质量为2×1030kg.
(2)每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能为4.2×10-12J.
(3)太阳继续保持在主序星阶段还有1×1010年的寿命.
点评:
本题考点: 爱因斯坦质能方程;万有引力定律及其应用.
考点点评: 本题考查了万有引力等于重力和万有引力提供向心力两个理论,以及爱因斯坦质能方程等知识,难度中等,需加强这方面的训练.