Question

彗星——拖著長長的尾巴，時而出現于黎明的東方，時而劃破晴夜的長空.對于彗星的觀察，我國從殷商時代就有了關于彗星的觀察記錄，并為后人留下了珍貴的資料，其中在《春秋》中記載的觀察彗星的資料，被公認為是世界上哈雷彗星的最早記錄，比歐洲關于彗星的記錄早了幾百年.在西方研究彗星的眾多科學家中，英國物理學家哈雷對彗星的研究最為深入，他不僅對彗星進行天文觀察，而且還對彗星的軌道進行了定量的計算，1705年，他在《彗星天文學》一書中計算了彗星的24個軌道.在現在已知的1 600顆彗星中，人們對其中的600顆已確定了它們的軌道.

下面是關于彗星的幾個問題：

（1）經過觀察與研究，人們發(fā)現彗星繞太陽運行的軌道一般為橢圓、拋物線或雙曲線.彗星軌道的形狀是由彗星的能量所決定的.試問著名的哈雷彗星的運行軌道是橢圓，還是拋物線，還是雙曲線？為什么？

（2）據科學家研究發(fā)現，彗星是由稀薄氣體、冰凍團塊、甲烷、氨、干冰等組成.彗星中還有含鉀、鈣、錳、鈉和鐵等物質，試說明人們是運用什么方法知道彗星中含有上述物質的？

（3）1994年，曾經發(fā)生了一個轟動世界的天文奇觀，一顆命名為“蘇梅克—列維9號”的彗星斷裂成了21塊（其中最大的一塊線度約4 km）,以60 km/s的速度連續(xù)地向木星撞去，這就是著名的彗—木相撞現象.蘇梅克—列維9號彗星中的第一塊碎片于格林尼治時間7月16日20時15分落入木星大氣層向木星撞去，撞擊后產生的多個火球綿延近1 000 km.設想蘇梅克—列維9號彗星分裂時有一塊碎塊的質量為10¹² kg，它相對于木星的速度為600 m/s,求它與木星相撞過程中損失的機械能為多少？

（4）蘇梅克—列維9號彗星中的第一個碎塊于格林尼治時間7月16日20時15分落入木星大氣層向木星撞去，放出了相當于8×10²⁰ J的巨大能量.已知一個鈾235裂變時可放出約200 MeV的能量，試估算：蘇梅克—列維9號彗星中的第一個碎塊與木星相撞所釋放的能量相當于多少千克的鈾235發(fā)生了裂變？

 

Answer 1

【答案】

(1)橢圓  （2）光譜分析  （3）1.8×10¹⁷J  (4)9.8×10⁶ kg

【解析】

試題分析：（1）哈雷彗星是一顆周期彗星，人們最近的一次觀察到它是在1986年，預計在2062年哈雷彗星會再一次光臨地球“做客”.哈雷彗星的周期為76年，由此可見哈雷彗星的運行軌道應該是橢圓.

（2）當彗星造訪地球時，可以對其進行光譜分析，通過對彗星光譜的分析，我們可以知道彗星中含有鉀、鈣、鈉、鐵等物質.

（3）這個彗星碎塊與木星相撞的過程中損失的機械能等于其與木星相碰前瞬間的動能，則有

ΔE==1.8×10¹¹ J.

(4)我們先計算一個鈾235裂變放出的核能是多少焦；ΔE=2×10⁸×1.6×10^-19 J,我們再計算多個鈾235裂變后可放出8×10²⁰ J的能量，即n==2.5×10³¹(個),

則約相當于發(fā)生裂變的鈾的質量m=235×10^-3×==9.8×10⁶ kg

考點：宇宙 天體的運動  質能方程 裂變

點評：本題屬于綜合題，需要同學結合所學天體的有關知識和能量關系綜合解題，另外動量能量關系在天體物理中也是適用的，使我們解決這部分問題的關鍵。