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从中学物理看《流浪地球2》

2023-04-21张军

科学大众(中学) 2023年4期

张军

简单来说,《流浪地球2》就是一个讲人类“带球跑路”的故事。不过,对初中生来说,要真正看懂故事发生的背景、情节发展的脉络、呈现的施工或战斗场景,还是有难度的。今天,我们就对初中物理课本知识做个简单拓展,重点谈谈核聚变,回答大家的几个疑问。

从物理角度看太阳

我们知道,物质由大量分子构成,分子由原子构成,原子由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成,原子核由带正电的质子和不带电的中子构成,而质子和中子由夸克构成。当把物质分到夸克或电子,就不能再分了。

我们根据原子核里的质子数目来区分元素种类。具有最简单的原子结构的是1 号元素氢,它有3 种同位素,分别是氕(原子核里只有一个质子,没有中子)、氘(原子核里有一个质子和一个中子)、氚(原子核里有一个质子和两个中子)。

同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,所以在通常情况下,两个氢原子核很难靠近。太阳的主要成分是氢,高温环境使得氢原子核与周围的电子分离开来,形成温度极高的等离子体。太阳核心温度超过1 500 万℃,压强达到2 650 亿个大气压。在这样的高温、高压下,氢原子核就会“拥抱”到一起——4 个氢原子核被挤成了2 个氦原子核,但是质量损失了千分之七(图1,质量损失示意图)。损失的质量m 转化为能量E,且E=mc2(爱因斯坦的质能方程,c 是光速),这就是核聚变,是太阳光和热的来源。你可以把太阳内部看成是一颗一直在爆炸的氢弹,但太阳外层达不到核聚变的高温、高压条件,聚变无法发生。……

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