Question

【题目】物理学中有一个非常有趣的现象：研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互沟通，相互支撑。目前地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳内部核聚变时释放的核能。

(1)已知太阳向各个方向辐射能量的情况是相同的。如果太阳光的传播速度为c，到达地球需要的时间为t，在地球大气层表面每秒钟每平方米垂直接收到的太阳辐射能量为E0。请你求出太阳辐射的总功率P的表达式；

(2)根据量子理论可知，光子既有能量也有动量，光子的动量，其中h为普朗克常量，λ为光的波长。太阳光照射到地球表面时，如同大量气体分子频繁碰撞器壁一样，会产生持续均匀的“光压力”。为了将问题简化，我们假设太阳光垂直照射到地球上且全部被地球吸收，到达地球的所有光子能量均为4×10-19J，每秒钟照射到地球的光子数为4.5×1035。已知真空中光速，太阳对地球的万有引力大小约为3.5×1022N。请你结合以上数据分析说明，我们在研究地球围绕太阳公转时，是否需要考虑太阳“光压力”对地球的影响；（结果保留一位有效数字）

(3)在长期演化过程中，太阳内部的核反应过程非常复杂，我们将其简化为氢转变为氦。已知目前阶段太阳辐射的总功率，太阳质量（其中氢约占70%），氢转变为氦的过程中质量亏损约为1%。请你估算如果现有氢中的10%发生聚变大约需要多少年。（结果保留一位有效数字，1年按3×107s计算）

Answer 1

【答案】(1)；(2)不需要；(3)

【解析】

(1)日地间距离

距太阳中心为r的球面面积

太阳辐射的总功率

(2)每个光子能量

每个光子动量

光照射到地球表面被吸收时，由动量定理有

代入数据可得，太阳光照射到地球表面产生的光压力

F光=6×108N

光压力与万有引力之比

由此可知，光压力远小于太阳对地球的万有引力，我们在研究地球围绕太阳公转时，不需要考虑太阳“光压力”对地球的影响。

(3)根据可知，每秒中太阳因核聚变亏损的质量

现有氢中的10％发生聚变反应而亏损的质量为

需要的时间