Тест по астрономии: Источник энергии Солнца (10-11 класс)
Тест по астрономии «Источник энергии Солнца» для 10-11 классов — это проверочная работа, предназначенная для контроля знаний учащихся о физической природе энерговыделения звезд. Вопросы охватывают темы термоядерного синтеза, протон-протонного цикла, условий в ядре звезды и закона взаимосвязи массы и энергии.
1
Какой процесс является основным источником энергии Солнца, обеспечивающим его светимость на протяжении миллиардов лет?
Правильный ответ:
Термоядерный синтез гелия из водородаПояснение:
Правильный ответ — Термоядерный синтез гелия из водорода. В условиях сверхвысоких температур (около 15 млн К) и давлений в ядре Солнца происходит слияние ядер водорода (протонов) с образованием ядер гелия. Этот процесс сопровождается выделением колоссальной энергии за счет дефекта массы, что и заставляет звезду светиться.2
Какое условие необходимо для протекания термоядерных реакций в недрах Солнца?
Правильный ответ:
Температура в миллионы кельвиновПояснение:
Правильный ответ — Температура в миллионы кельвинов. Ядра атомов (протоны) заряжены положительно и отталкиваются друг от друга кулоновскими силами. Чтобы преодолеть этот барьер отталкивания и сблизиться до расстояния действия ядерных сил, частицы должны обладать огромной кинетической энергией, что соответствует температуре около 10–15 миллионов градусов.3
Какие частицы образуются в результате протон-протонного цикла на Солнце, помимо ядер гелия?
Правильный ответ:
Позитроны и нейтриноПояснение:
Правильный ответ — Позитроны и нейтрино. Уравнение реакции синтеза показывает, что из четырех протонов образуется ядро гелия, а для сохранения заряда и лептонного числа выделяются два позитрона (античастицы электрона) и два электронных нейтрино, а также энергия в виде гамма-квантов.4
Что такое дефект массы в контексте солнечной энергетики?
Правильный ответ:
Разница между массой исходных частиц и массой продуктов реакцииПояснение:
Правильный ответ — Разница между массой исходных частиц и массой продуктов реакции. Масса образовавшегося ядра гелия примерно на 0,7% меньше суммы масс четырех протонов, вступивших в реакцию. Эта «исчезнувшая» масса, согласно уравнению Эйнштейна E=mc², полностью превращается в энергию излучения.5
На сколько примерно лет хватит запасов ядерного топлива Солнца с момента его рождения до стадии красного гиганта?
Правильный ответ:
На 10 миллиардов летПояснение:
Правильный ответ — На 10 миллиардов лет. Расчеты, основанные на массе Солнца, светимости и эффективности ядерных реакций, показывают, что запасов водорода в ядре хватит для поддержания текущей светимости в течение примерно 10 миллиардов лет. Так как Солнцу сейчас около 5 миллиардов лет, оно прожило половину своей жизни.6
Почему химическое горение не может быть источником энергии Солнца?
Правильный ответ:
Потому что запасов химической энергии хватило бы лишь на несколько тысяч летПояснение:
Правильный ответ — Потому что запасов химической энергии хватило бы лишь на несколько тысяч лет. Даже если бы Солнце состояло из лучшего топлива (угля) и окислителя, при его светимости оно сгорело бы очень быстро. Геологические данные говорят, что Земля и Солнце существуют миллиарды лет, что исключает химическую природу источника энергии.7
Сколько энергии выделяется при превращении 1 кг водорода в гелий?
Правильный ответ:
Около 9 · 10^14 ДжПояснение:
Правильный ответ — Около 9 · 10^14 Дж. Эффективность термоядерного синтеза колоссальна. Дефект массы составляет 0,7%, что при пересчете по формуле E=mc² дает гигантскую величину энергии, в миллионы раз превышающую энерговыделение самых эффективных химических реакций.8
Какое фундаментальное взаимодействие препятствует слиянию ядер водорода в недрах Солнца?
Правильный ответ:
Электромагнитное взаимодействие (кулоновское отталкивание)Пояснение:
Правильный ответ — Электромагнитное взаимодействие. Протоны имеют одинаковый положительный заряд, поэтому между ними возникают силы электрического отталкивания. Эти силы стремятся развести частицы в стороны, и только высокая скорость теплового движения позволяет преодолеть этот барьер.9
В какой части Солнца происходят термоядерные реакции?
Правильный ответ:
Только в ядреПояснение:
Правильный ответ — Только в ядре. Термоядерные реакции очень чувствительны к температуре. Необходимые условия (температура выше 10 млн К и высокая плотность) достигаются только в центральной области Солнца, занимающей небольшой объем от всего шара. Во внешних слоях реакции не идут.10
Какое уравнение связывает массу и энергию в ядерных процессах?