中学综合学科资源库——太阳

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1、中学综合学科资源库——太阳华东师范大学化学系胡波华东师范大学生物系张映辉第一节太阳概况太阳是我们的太阳系中最显著的特征。它是最大的天体并包含了太阳系将近98%的质量。需要一百零九个地球才能填满太阳的直径，而它的内部则能容纳超过130万个地球。太阳外面能被看到的，温度为6000℃的一层称为光球层。由于光球层的剧烈活动，其表面呈现斑驳的特征。太阳的活动来源于其核心部分。太阳的核心温度高达1500万摄氏度，压力超过地球的340亿倍。在这里发生着核聚变。聚变导致四个质子或氢原子产生一个α粒子或氦原子核。α粒子的质量比四个质子小0.7%，剩余的质量转化成了能量并被释放至太阳的表面，并通过对流过程散发出光

2、和热。太阳核心的能量需要通过几百万年才能到达它的表面。每秒钟有七亿吨的氢被转化成氦。在这过程中，约有五百万吨的净能量被释放，因此使太阳能够发光。太阳表面的活动现象非常复杂，也相当丰富多彩，其中最引人注目的有太阳黑子、日珥和耀斑爆发。太阳黑子是人们最早发现也是人们最熟悉的一种太阳表面活动。明亮的太阳光球表面，经常出现一些小黑点，这就是太阳黑子。我国的古书中有许多关于太阳黑子的记载，《汉书·五行志》中记载得很明确：“日出黄，有黑气，大如钱，居日中”，这是得到世界公认的最早的有关太阳黑子的记录。在西方，直到1611年，伽利略才使用望远镜确认了太阳黑子的存在。太阳黑子其实并不黑，只不过由于它比周围的温

3、度低，看起来显得黑些罢了。黑子的大小相差悬殊，大的直径可达20万千米，比地球的直径还要大得多；小的直径只有1000千米。黑子的寿命也很不相同，最短的小黑子寿命只有两三个小时，最长的大黑子寿命大约有几十天。日珥是发生在太阳色球层的一种活动现象。日全食的时候，可以看到在“黑太阳”的周围有一个红色的光环，那就是太阳的色球层。色球层上时常会窜出一束束很高的火柱，这些火柱就叫做日珥。日珥绰约多姿，变化万千，有的像圆环，有的似彩虹，十分美丽壮观。日珥分为宁静的、活动的以及爆发的三大类。宁静日珥变化缓慢，可在日面存在几天甚至几十天。活动日珥总在不停地变化，像喷泉一样从日面喷出很高，又慢慢地落回到日面。爆发日

4、珥以每秒700多千米的高速，将物质喷发到几十万甚至上百万千米的高空，蔚为壮观。耀斑是太阳上的强烈的活动现象。耀斑的最大特点是来势猛、能量大，发生很突然、消失又很快。耀斑一般只存在几分钟、十几分钟，极个别的能持续几个小时。在短短的一二十分钟内，耀斑释放出的能量，相当于地球上十万至百万次强火山爆发的能量总和，真可谓惊天动地。耀斑产生在日冕的低层，下降到色球层。耀斑与太阳黑子存在密切关系，在大的黑子群上面，很容易出现耀斑。小型耀斑伴随着太阳黑子的出现经常能见到；但特大耀斑只有在太阳活动峰年时才可能出现。太阳已经46亿岁了，现在已步入中年。它还可以继续平静地燃烧约50亿年。太阳在临终时，内部的氦将转变

5、成更重的元素，亮度会增加到现在的一倍，体积也将不断膨胀，所有近日行星包括地球都将融入它的怀抱。这时的太阳将变得十分不稳定，在它周围会出现一个新的行星状星云。这为新太阳系的诞生创造了条件。在经历一亿年的红巨星阶段后，太阳将耗尽它所有的能量而猛然坍缩成一颗白矮星。几万亿年后，它最终将在黑暗中完全冷却。【练习】一．太阳大爆发的周期约11y，每次大爆发使太阳磁极发生一次逆转，由此引起的太阳风约需4d到达地球表面（光从太阳到达地球约需500s）。1989年发生的逆转使在地球高纬度地区可看到强烈的极光现象，甚至造成了加拿大魁北克市（约北纬47º）大面积的停电事故。试分析造成电网跳闸的可能原因。【参考答案】

6、已知光从太阳发出到达地球需时50s，太阳极逆转引起的太阳风需时4d到达地球，太阳风的速率4.34×105m/s。由于它能激发强烈的极光，表明太阳风是太阳磁极逆转时发出的、由速率远小于光速的高能量带电粒子所组成。在地磁场洛仑兹力作用下，其中带正电的粒子都向地理北极偏转，在高纬度地区与高层空气分子碰撞，使之激发而发光产生极光现象。当大量带电粒子经过低空高纬度地区（如加拿大），有可能使局部区域内的空气电离使高压电网短路，造成跳闸停电事故。本题主要是天文知识和物理知识的综合分析应用，涉及太阳风、洛仑兹力等知识。二．已经证明，一秒钟内进人眼睛瞳孔的波长为556nm的光子数为57个时，我们就能感到有光（眼

7、睛对于这个波长的绿光最灵敏）。设太阳向四周辐射的能量约有45%是可见光，若全部可见光光子的平均波长为556nm，在传播过程中没有能量损失，瞳孔直径为4mm，那么距太阳多少光年的距离仍能看到太阳？【参考答案】由题中已知条件，可知人眼能感觉致的最少能量为：2.04×10－17J。从综合材料中查到太阳的辐射总功率为：3.8×1026W。由题设条件知，其中45％为可见光的能量，那么，每秒钟太阳向四周辐射的