高考申論題
105年
[天文] 近代物理
第 一 題
📖 題組:
太陽的半徑為7.0×10⁸m,其表面溫度為5.8×10³K,如果將太陽視為黑體,試問:
太陽的半徑為7.0×10⁸m,其表面溫度為5.8×10³K,如果將太陽視為黑體,試問:
📝 此題為申論題,共 3 小題
小題 (一)
求其輻射的總功率為何?(10分)
思路引導 VIP
看到「黑體」、「表面溫度」求「總功率」,應直覺聯想到斯特凡-波茲曼定律(Stefan-Boltzmann Law)。將太陽視為球體計算出表面積後,直接代入公式 P = σAT⁴ 即可求解,過程中需特別小心科學記號的次方運算與斯特凡-波茲曼常數的引用。
小題 (二)
太陽至地球的距離為1.5×10¹¹m,地球的半徑為6.4×10⁶m,則地球接收太陽的輻射功率為何?(5分)
思路引導 VIP
本題核心在於「能量守恆」與「幾何截面」概念的結合。首先需利用斯特凡-波茲曼定律(Stefan-Boltzmann Law)計算太陽的表面輻射強度,接著由距離平方反比定律求出地球軌道處的輻射強度。最後,務必注意地球攔截輻射的有效面積為其迎光面的「圓截面積(πR²)」而非球體表面積。
小題 (三)
太陽輻射最強的波段是在 475 nm,如果太陽的表面溫度增加 1000 K,則輻射最強的波段為何?(5分)
思路引導 VIP
看到「黑體輻射最強波段」與「溫度」的關係,應立即想到「維恩位移定律(Wien's Displacement Law)」。利用最大輻射波長與絕對溫度成反比的特性(λ_max × T = 常數),透過比例式即可求得新波長。