Question

彗星——拖着长长的尾巴，时而出现于黎明的东方，时而划破晴夜的长空.对于彗星的观察，我国从殷商时代就有了关于彗星的观察记录，并为后人留下了珍贵的资料，其中在《春秋》中记载的观察彗星的资料，被公认为是世界上哈雷彗星的最早记录，比欧洲关于彗星的记录早了几百年.在西方研究彗星的众多科学家中，英国物理学家哈雷对彗星的研究最为深入，他不仅对彗星进行天文观察，而且还对彗星的轨道进行了定量的计算，1705年，他在《彗星天文学》一书中计算了彗星的24个轨道.在现在已知的1 600颗彗星中，人们对其中的600颗已确定了它们的轨道.

下面是关于彗星的几个问题：

（1）经过观察与研究，人们发现彗星绕太阳运行的轨道一般为椭圆、抛物线或双曲线.彗星轨道的形状是由彗星的能量所决定的.试问著名的哈雷彗星的运行轨道是椭圆，还是抛物线，还是双曲线？为什么？

（2）据科学家研究发现，彗星是由稀薄气体、冰冻团块、甲烷、氨、干冰等组成.彗星中还有含钾、钙、锰、钠和铁等物质，试说明人们是运用什么方法知道彗星中含有上述物质的？

（3）1994年，曾经发生了一个轰动世界的天文奇观，一颗命名为“苏梅克—列维9号”的彗星断裂成了21块（其中最大的一块线度约4 km）,以60 km/s的速度连续地向木星撞去，这就是著名的彗—木相撞现象.苏梅克—列维9号彗星中的第一块碎片于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层向木星撞去，撞击后产生的多个火球绵延近1 000 km.设想苏梅克—列维9号彗星分裂时有一块碎块的质量为10¹² kg，它相对于木星的速度为600 m/s,求它与木星相撞过程中损失的机械能为多少？

（4）苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层向木星撞去，放出了相当于8×10²⁰ J的巨大能量.已知一个铀235裂变时可放出约200 MeV的能量，试估算：苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块与木星相撞所释放的能量相当于多少千克的铀235发生了裂变？

 

Answer 1

【答案】

(1)椭圆  （2）光谱分析  （3）1.8×10¹⁷J  (4)9.8×10⁶ kg

【解析】

试题分析：（1）哈雷彗星是一颗周期彗星，人们最近的一次观察到它是在1986年，预计在2062年哈雷彗星会再一次光临地球“做客”.哈雷彗星的周期为76年，由此可见哈雷彗星的运行轨道应该是椭圆.

（2）当彗星造访地球时，可以对其进行光谱分析，通过对彗星光谱的分析，我们可以知道彗星中含有钾、钙、钠、铁等物质.

（3）这个彗星碎块与木星相撞的过程中损失的机械能等于其与木星相碰前瞬间的动能，则有

ΔE==1.8×10¹¹ J.

(4)我们先计算一个铀235裂变放出的核能是多少焦；ΔE=2×10⁸×1.6×10^-19 J,我们再计算多个铀235裂变后可放出8×10²⁰ J的能量，即n==2.5×10³¹(个),

则约相当于发生裂变的铀的质量m=235×10^-3×==9.8×10⁶ kg

考点：宇宙 天体的运动  质能方程 裂变

点评：本题属于综合题，需要同学结合所学天体的有关知识和能量关系综合解题，另外动量能量关系在天体物理中也是适用的，使我们解决这部分问题的关键。