壓強表示單位面積上壓力的大小,是物理學中的重要概念。
(1)請導出壓強的單位Pa(帕)與基本單位m(米)、kg(千克)和s(秒)之間的關(guān)系。
(2)單個粒子碰撞在某一平面上會產(chǎn)生一個短暫的作用力,而大量粒子持續(xù)碰撞會產(chǎn)生一個持續(xù)的作用力。一束均勻粒子流持續(xù)碰撞一平面,設(shè)該束粒子流中每個粒子的質(zhì)量均為m、速度大小均為v,方向都與該平面垂直,單位體積內(nèi)的粒子數(shù)為n,粒子與該平面碰撞后均不反彈,忽略空氣阻力,不考慮粒子所受重力以及粒子間的相互作用。求粒子流對該平面所產(chǎn)生的壓強p。
(3)理論上可以證明:質(zhì)量分布均勻的球殼對殼內(nèi)物體的萬有引力為零。利用該規(guī)律可給出一種計算恒星中心壓強的模型:
恒星內(nèi)部的熱核反應會向外輻射大量的電磁波,當輻射所產(chǎn)生的擴張壓力與萬有引力所產(chǎn)生的收縮壓力平衡時,恒星便穩(wěn)定下來。
設(shè)想處于穩(wěn)定狀態(tài)的恒星是一質(zhì)量分布均勻、密度為ρ、半徑為R的球體。選取該恒星內(nèi)部一距恒星中心為r(r≤R)、厚度為Δr(Δr遠小于r)的小薄片A,如圖1所示,已知輻射所產(chǎn)生的擴張壓力在A的內(nèi)、外表面引起的壓強差的絕對值為Δp,引力常量為G。忽略其它天體的影響。
a.推導ΔpΔr和r之間的關(guān)系式,并在圖2中定性畫出ΔpΔr隨r變化的圖像;
b.若恒星表面處擴張壓力所產(chǎn)生的壓強為零,求恒星中心處的壓強pC。
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【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
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