Задание 24 из ЕГЭ по физике

ЕГЭ – ФИЗИКА Элементы астрофизики Задание № 24

• Солнечная система:

• планеты земной группы;
• планеты-гиганты;
• малые тела Солнечной системы.

2. Звезды. Их эволюция и характеристики.

3. Млечный Путь и другие галактики.

Солнечная система:

• планеты земной группы;
• планеты-гиганты;
• малые тела Солнечной системы.

Первый закон Кеплера. Каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце

Второй закон Кеплера Радиус-вектор планеты описывает в равные промежутки времени равные площади.

Третий закон Кеплера Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Единицы расстояния, используемые в Солнечной системе

1 а.е. =149,6 млн.км

1 парсек = 3·10 16 м

1 св. год = 9,5·10 15 м

Основные формулы

Масса планет:

где ρ и V плотность и объем планеты

Объем планеты:

где R – радиус планеты

Ускорение свободного падения:

где G = 6,67·10 -11 Н·м 2 /кг 2 – гравитационная постоянная,

М – масса планеты,

R – радиус планеты

Для Земли:

Космические скорости

Первая космическая скорость:

или

Вторая космическая скорость:

Связь между первой и второй космическими скоростями:

Смена времен года

На всех планетах Солнечной системы возможна смена времен года, кроме Меркурия, Венеры и Юпитера.

Смена времен года может происходить на тех планетах, у которых есть угол наклона оси вращения планеты к плоскости ее орбиты.

Сутки – период обращения планеты вокруг своей оси.

Год – период обращения планеты вокруг Солнца

Состав Солнечной системы

В состав Солнечной системы входят:

• Солнце,
• 8 планет с их спутниками,
• астероиды, орбиты которых находятся между орбитами Марса и Юпитера,
• малые тела пояса Койпера и кометы.

Объединяющим признаком всех объектов, входящих в состав Солнечной системы является их обращение вокруг Солнца.

Основные характеристики планет Солнечной системы

Планета

Диаметр, в диаметрах Земли

Меркурий

Масса в массах Земли

Венера

0,382

Радиус орбиты, а.е.

Земля

0,055

0,949

Период обращения, земных лет

1,0

0,38

0,815

Марс

1,0

0,72

0,241

Количество спутников

0,53

Юпитер

0

1,0

0,615

0,107

11,2

Сатурн

1,0

0

9,41

1,52

318

Уран

1

Нептун

3,98

95

5,2

1,88

9,54

11,86

2

14,6

3,81

69

29,46

19,22

17,2

62

84,01

30,06

27

164,79

14

1. Из приведенных ниже утверждений выберите два верных, соответствующих характеристикам объектов Солнечной системы, и укажите их номера.

1). Луна-естественный спутник Земли.

2). Плутон-планета Солнечной системы.

3). Солнце не единственная звезда в Солнечной системе.

4). Луна делает оборот вокруг собственной оси за то же время, что и вокруг Земли.

5). Луна появляется на небе только с заходом Солнца.

2 . Из приведенных ниже утверждений выберите два верных, и укажите их номера.

1). Световой год – расстояние, равное среднему радиусу орбиты Земли.

2). 1 световой год (св.год) в астрономии составляет расстояние больше 1 парсека (пк).

3). Марс, Земля и Юпитер входят в земную группу планет.

4). Газовые гиганты намного более массивны, чем планеты земной группы.

5). Частота вращения вокруг Солнца у Земли меньше, чем у Венеры.

3. Из приведенных ниже утверждений выберите два верных, соответствующих законам движения планет, и укажите их номера.

1). Планеты движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам.

2). Отношение площадей, описываемых радиусами-векторами планет, равно отношению квадратов соответствующих времен.

3). Быстрее всего планета движется в перигелии.

4). Скорость планеты тем больше, чем она дальше от Солнца.

5). Квадрат большой полуоси орбиты тела, деленный на куб периода его обращения и на сумму масс тел, есть величина постоянная.

Пример 1 Рассмотрите таблицу, содержащую сведения о планетах земной группы Солнечной системы.

Параметры

Планеты

Меркурий

Среднее расстояние до Солнца (а.е.)

0,4

Венера

Радиус (в радиусах Земли)

Масса (в массах Земли)

0,38

0,7

Земля

1,0

0,055

0,95

Марс

Период вращения вокруг оси

1

1,5

0,815

59 сут.

Период вокруг Солнца

88 сут.

1

0,53

243 сут

Эксцентриситет орбиты

Количество спутников

0,206

0,108

225 сут

24 ч

365 сут

0

24,6 ч

0,007

687 сут

0,017

0

1

0,093

2

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам планет, и укажите их номера.

1. Из планет земной группы по наиболее вытянутой орбите вокруг Солнца Вращается Венера.

2. Ускорение свободного падения на Марсе равно примерно 3,8 м/с 2 .

3. Первая космическая скорость для Меркурия меньше, чем для Земли.

4. Среди планет земной группы частота обращения вокруг Солнца максимальна у Венеры.

5. Средняя плотность у Меркурия меньше, чем у Венеры

Пример 2 Рассмотрите таблицу, содержащую сведения об естественных спутниках планет Солнечной системы.

Наименование

спутника

Название

Луна

соотв.

Ио

Земля

Период

Радиус

обращения

планеты

Юпитер

Ганимед

27

(в км)

Юпитер

1,8

Европа

Радиус

1738

(в сутках)

Юпитер

1815

орбиты

384

7,1

Титан

Сатурн

3,5

Рея

2631

422

(в тыс. км)

Сатурн

1569

1070

16

Япет

Титания

Сатурн

4,5

2575

671

760

Уран

79

1222

Оберон

718

527

8,7

Уран

395

3561

13,5

436

380

583

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам спутников, и укажите их номера

1. Самая большая угловая скорость у Титана

2. Среди спутников Юпитера Ганимед и Ио вращаются по близким орбитам.

3. За время двух оборотов Оберона вокруг Урана Титания успеет совершить три оборота вокруг планеты.

4. Из спутников Юпитера самый маленький – Европа.

5. Частота обращения Япета вокруг Сатурна больше, чем у Титана.

Пример 3 Рассмотрите таблицу, содержащую сведения о Солнечной системе.

Планета

Звездный период обращения, годы

Меркурий

Венера

Синодический

0,241

период обращения, сутки

Среднее расстояние от Солнца, млн км

0,615

Земля

116

Марс

58

584

Масса, в массах Земли

1,000

108

1,881

Юпитер

0,06

-

150

780

0,82

11,86

Сатурн

228

29,46

1,00

Уран

399

Нептун

84,01

0,11

378

778

1426

164,8

318

370

Солнце

-

368

95,1

2869

4496

14,5

-

17,3

-

330 000

Выберите два утверждения, которые являются правильными, и укажите их номера.

1. Земля ближе всего расположена к Солнцу.

2. Юпитер – самая большая планета.

3.Солнце в 330 тысяч раз тяжелее.

4.Марс – самая маленькая планета.

5.Всего существует 9 планет.

Звезды. Их эволюция и характеристики.

Звезда – массивный газовый шар, излучающий свет и удерживаемый в состоянии равновесия силами собственной гравитации и внутренним давлением. Внутри звезд происходят (или происходили) реакции термоядерного синтеза.

Основные характеристики звезд

• Цвет
• Температура
• Светимость
• Спектральный класс
• Размер

Светимостью звезды называется энергия, излучаемая звездой за 1 с со всей ее поверхности.

Основные характеристики Солнца

• Цвет: желтый
• Температура поверхности: 6000 К
• Светимость: L = 4 · 10 ²⁶ Вт
• Спектральный класс: G
• Размер: R = 700 000 км

По температуре, цвету и виду спектра все звезды можно разделить на спектральные классы, которые обозначили буквами O, B, A, F, G, K, M.

Класс

Температура, К

O

30 000 – 60 000

B

Цвет

A

10 000 – 30 000

Голубой

Примеры

Кси Персея

7500 – 10 000

Бело-голубой

F

G

Ригель

Белый

6000 – 7500

5000 – 6000

Сириус

Желто-белый

K

Процион

Желтый

3500 – 5000

M

Солнце

2000 - 3500

Оранжевый

Альдебаран

красный

Бетельгейзе

Диаграмма Герцшпрунга - Рассела

В зависимости от спектрального класса, светимости и температуры поверхности звезды делятся на несколько групп.

Главная последовательность . К этой группе относится большинство звезд (90%, в том числе и Солнце. Плотность звезд этой группы сравнимы с солнечной. Положение звезды на главной последовательности определяется ее массой.

Красные гиганты. К этой группе в основном относятся звезды красного цвета с радиусами, в десятки раз превышающими солнечный.

Сверхгиганты. Это звезды со светимостями в десятки и сотни тысяч раз превышающими солнечную. Радиус этих звезд превышают радиус Солнца в сотни раз.

Белые карлики. Эта группа звезд в основном белого цвета со светимостями в сотни и тысячи раз меньше солнечной. По размерам они сравнимы с размерами Земли, но их массы близки к массе Солнца.

Диаграмма Герцшпрунга - Рассела

Происхождение и эволюция Солнца и звезд

1 . Из приведенных ниже утверждений выберите два верных и укажите их номера.

1) В звездах сверхгигантов термоядерные реакции происходят в центре звезды.

2) Две звезды одного спектрального класса обязательно имеют одинаковые массы.

3) Внутри белых карликов термоядерные реакции не происходят.

4) Температура белых карликов выше температуры красных гигантов.

5) Ученые создали теорию эволюции звезд, наблюдая только за Солнцем.

2. Из приведенных ниже утверждений выберите два верных и укажите их номера.

1) В большинстве звезд термоядерные реакции происходят в центре звезды.

2) Две звезды одного спектрального класса обязательно имеют одинаковые плотности.

3) Звезды не вращаются вокруг своей оси.

4) Светимость белых карликов выше светимости красных гигантов.

5) Температура на поверхности Солнца примерно 6000 К.

Пример 4 Рассмотрите таблицу, содержащую сведения о звездах.

Наименование звезды

Температура, К

Альтаир

Антарес

Масса

8000

(в массах Солнца)

Радиус

Бетельгейзе

1,7

4000

3100

10

Гакрукс

(в радиусах Солнца)

1,7

Светимость

10

880

(в светимостях Солнца)

20

3400

Полярная

3

900

57 500

7000

Ригель

90 000

113

Сириус А

6

11 000

1500

Сириус В

9900

30

18

75

2

2200

25 000

126 000

1,7

1

25

0,0084

0,026

Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам звезд, и укажите их номера.

1) Температура поверхности Антареса в два раза выше, чем поверхности Солнца.

2) Температура поверхности и светимость звезды Сириус В свидетельствуют о том, что она относится к белым карликам.

3) Температура поверхности и светимость звезды Сириус А свидетельствует о том, что она является красным гигантом.

4) Плотность вещества звезд Антарес и Ригель примерно равны.

5) Температура поверхности и радиус звезды Альтаир говорят от том, что эта звезда относится к белым звездам спектрального класса А.

На рисунке представлена диаграмма Герцшпрунга – Расселя

Выберите два утверждения, которые соответствуют диаграмме, и укажите их номера.

1) Звезда Сириус В относится к белым карликам, поскольку ее радиус примерно в 100 раз меньше радиуса Солнца, а температура поверхности больше.

2) Звезды-сверхгиганты имеют температуру поверхности больше, чем звезды-гиганты.

3) Температура поверхности звезд спектрального класса К в 2 раза выше температуры поверхности звезд спектрального класса А.

4) Полярная звезда имеет температуру поверхности 7000 К, а значит, относится к звездам спектрального класса F.

5) Звезды-сверхгиганты имеют очень большую среднюю плотность.

Млечный Путь и другие галактики

Гала́ктика  — гравитационно-связанная система из звёзд, звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, тёмной материи, планет. Все объекты в составе  галактики  участвуют в движении относительно общего центра масс.

Типы галактик

Эллиптические галактики имеют вид кругов или эллипсов и их яркость плавно уменьшается от центра к периферии.

Спиральные галактики состоят из ядра и нескольких спиральных рукавов, или ветвей.

Неправильные галактики не имеют четко выраженного ядра и вращательной симметрии.

Линзообразные галактики – это промежуточный тип между спиральными и эллиптическими.

Закон Хаббла

Скорость удаления Галактик:

H= 75 км/(с Мпк) – Постоянная Хаббла

υ – скорость удаления галактики

r – расстояние до нее

Радиус Вселенной:

Возраст Вселенной – t = 13·10 9 лет

Наша Галактика Млечный Путь

Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь. Галактика Млечный Путь является спиральной галактикой с перемычкой (баром). Она представляет собой плоскую систему и содержит в себе от 200 миллиардов до 400 миллиардов звезд

Структура нашей Галактики

На рисунке схематически изображено строение галактики Млечный путь (вид сверху). Из приведенных утверждений выберите два верных. Укажите их номера.

1). Цифрой 1 на рисунке отмечено ядро галактики.

2). Цифрой 1 на рисунке отмечено Солнце.

3). Цифрой 4 на рисунке отмечено гало.

4). Цифрой 2 на рисунке отмечена Солнечная система.

5). Цифрой 3 на рисунке отмечены спиральные рукава.

На рисунке схематически изображено строение Галактики Млечный Путь (а-вид сверху, б-вид сбоку). Из приведенных ниже утверждений выберите два верных и укажите их номера.

1). Цифрой 2 на рисунке отмечено гало.

2). Цифрой 2 на рисунке отмечено Солнце.

3). Цифрой 3 на рисунке отмечена Солнечная Система.

4). Цифрой 4 на рисунке отмечены спиральные рукава.

5). Цифрой 1 на рисунке отмечены Большое и Малое Магеллановы Облака.