Наше солнце имеет среднюю плотность сравнимую со средней плотностью белых карликов
На рисунке представлена диаграмма Герцшпрунга−Рессела.
Выберите все верные утверждения о звёздах.
1) Плотность белых карликов существенно больше средней плотности звёзд главной последовательности.
2) «Жизненный цикл» звезды спектрального класса О главной последовательности более длительный, чем звезды спектрального класса М главной последовательности.
3) Температура поверхности звёзд спектрального класса G выше температуры поверхности звёзд спектрального класса O.
4) Звезда Бетельгейзе относится к голубым звёздам главной последовательности, поскольку её радиус почти в 1000 раз превышает радиус Солнца.
5) Звезда Альтаир, имеющая радиус 1,9RO, относится к звёздам главной последовательности.
1. Верно. У белых карликов при небольшом объёме (меньше, чем у звёзд главной последовательности) масса большая. Следовательно, их плотность больше, чем плотность звёзд главной последовательности.
2. Неверно. Звёзды класса О на главной последовательности самые горячие по сравнению со звёздами класса М, поэтому их «жизненный цикл» короче.
3. Неверно. У звёзд класса G температура порядка 6000 К, у звёзд класса О порядка 30000 К.
4. Неверно. Звезда Бетельгейзе имеет радиус в 1000 раз больше радиуса Солнца, поэтому не находится на главной последовательности.
5. Верно. Так как у Альтаира радиус равен приблизительно 1,9 радиуса Солнца, то эта звезда принадлежит главной последовательности.
Источник
Физика ЕГЭ 2021 ДЕМОВЕРСИЯ Решение задания 24
Физика ЕГЭ 2021 Демоверсия Решение задания 24
24. На рисунке представлена диаграмма Герцшпрунга – Рессела.
Выберите все верные утверждения о звёздах.
1) Плотность белых карликов существенно больше средней плотности звёзд главной последовательности.
2) «Жизненный цикл» звезды спектрального класса О главной последовательности более длительный, чем звезды спектрального класса М главной последовательности.
3) Температура поверхности звёзд спектрального класса G выше температуры поверхности звёзд спектрального класса O.
4) Звезда Бетельгейзе относится к голубым звёздам главной последовательности, поскольку её радиус почти в 1000 раз превышает радиус Солнца.
5) Звезда Альтаир, имеющая радиус 1,9 , R относится к звёздам главной последовательности.
Решение:
1) Да, так как белые карлики отличаются большой плотностью
2) Нет, потому что у звезды спектрального класса О светимость больше, чем у звезды класса М. Поэтому она быстрее тратит свою внутреннюю энергию и имеет более короткий «жизненный цикл».
3) Нет, по диаграмме видно, что спектральному классу О соответствуют более высокие температуры
4) Нет, судя по диаграмме, звезда, имеющая радиус в 1000 раз больше солнечного, должна относится к сверхгигантам
5) Да, по диаграмме видно, что звезды с подобным радиусом располагаются в области главной последовательности
Источник
Наше солнце имеет среднюю плотность сравнимую со средней плотностью белых карликов
Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам звёзд.
1) Звезда Сириус В относится к белым карликам.
2) Звёзды Ригель и е Возничего имеют температуру, соответствующую звёздам спектрального класса М.
3) Звезда е Возничего относится к звёздам главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рассела.
4) Звезда Альдебаран относится к звёздам главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рассела.
5) Наше Солнце имеет среднюю плотность, сравнимую со средней плотностью белых карликов.
1) Белые карлики представляют собой компактные звёзды с массами, сравнимыми или большими, чем масса Солнца, но с радиусами в 100 раз меньшими. Звезда Сириус В сравнима по массе с Солнцем и имеет радиус в 200 раз меньший, то есть она относится к белым карликам.
2) Спектральный класс М звезд имеет температуру в пределах от 2000 до 3500 К. Звёзды Ригель и е Возничего не входят в этот температурный интервал.
3) Звезда е Возничего относится к звёздам главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рассела.
4) Звезда Альдебаран не относится к звёздам главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рассела.
5) Плотность Солнца составляет 
кг/м3, учитывая, что плотность воды 1000 кг/м3, то плотность Солнца составляет 162 плотности воды. Белые карлики имеют плотность гораздо большую (например, см. Сириус В), чем Солнце.
Источник
Лабораторные и практические задания в современном курсе астрономии. Кондакова Елена Владимировна, к.п.н., доцент, ЕГУ им. И.А.
1 Лабораторные и практические задания в современном курсе астрономии Кондакова Елена Владимировна, к.п.н., доцент, ЕГУ им. И.А. Бунина 2018
2 АСТРОФИЗИКА И ЗВЁЗДНАЯ АСТРОНОМИЯ 6. Построение диаграммы Герцшпрунга-Рессела и её анализ Цель: построить диаграмму температурасветимость и установить взаимосвязь между характеристиками звёзд. Планируемое время выполнения: 20 мин
3 6. Построение диаграммы Герцшпрунга-Рессела и её анализ Эту работу практикума можно провести на уроке 20, после изучения параграфа 22 учебника. Самостоятельно построив диаграмму Герцшпрунга- Рессела для 20 звёзд, ученики убедятся в наличии связи между основными характеристиками звёзд: светимостью и температурой, смогут выделить группы: главную последовательность, области красных гигантов, сверхгигантов, белых карликов. Выполнение заданий поможет ученикам лучше усвоить изученный материал.
4 6. Построение диаграммы Герцшпрунга-Рессела и её анализ Задачи, решаемые при выполнении работы: установить взаимосвязи между физическими характеристиками звёзд; убедиться в наличии разных групп звёзд, обусловленных их физическими характеристиками; развивать умения использовать теоретический материал, в том числе законы физики, для объяснения выявленных закономерностей.
5 6. Построение диаграммы Герцшпрунга-Рессела и её анализ Метапредметные (общеучебные) умения: устанавливать причинно-следственные связи и давать объяснения на их основе; устанавливать закономерности между характеристиками объектов; устанавливать аналогии, строить умозаключения, делать выводы.
6 Уже в середине XIX в. астрономы научились определять физические характеристики звёзд по данным их наблюдений, и к началу XX в. накопились данные о десятках тысяч звёзд. Начало ХХ в. астрономы Эйнар Герцшпрунг (Дания) и Генри Норис Рессел (США): диаграмма
7 Цель работы построить диаграмму температурасветимость и установить взаимосвязь между характеристиками звёзд. Используя результаты работы, учитель имеет возможность более глубоко исследовать взаимосвязь характеристик звёзд, а также раскрыть важность диаграммы ГР для изучения их эволюции. Подобный материал выходит за рамки программы, но может быть интересен учащимся и использован в дальнейшем для выполнения проектов (например, оценка возраста звёзд по диаграмме спектр-светимость для звёздного скопления и определение расстояния до него). Кроме того, в демоверсиях ЕГЭ по физике 2018 года встречаются задания, предполагающие анализ диаграммы ГР и понимания её физического смысла.
8 Диаграмма ГР связывает две основные характеристики звезды: светимость (или абсолютную звёздную величину) и спектральный класс (температуру). Для большого числа звёзд только эти характеристики (светимость и спектр) можно получить непосредственно из наблюдений.
9 Следует разъяснить учащимся, что в астрономии сложился собственный научный язык, и некоторые величины имеют отличное от таких же по сути физических величин название. Энергия, излучаемая звездой, в астрономии характеризуется светимостью L, интенсивностью излучения I и освещенностью Е.
10 Светимость звезды физическая величина, характеризующая полную энергию, излучаемую звездой по всем направлениям в единицу времени. Обозначается L (светимость по-английски luminosity, поэтому такое обозначение). Единица измерения ватт, то есть светимость имеет такую же размерность, как и мощность. В астрономии удобно светимости звёзд выражать в светимостях Солнца L : L = 3, Вт.
11 Интенсивность излучения I физическая величина, характеризующая мощность излучения с единицы поверхности звезды, измеряется в Вт/м 2. Очевидно, что L = I S, где S площадь поверхности излучаемого тела. Считая звезду шаром, имеем: L = I 4πR 2.
12 Наблюдения показывают, что сплошной спектр излучения звезды близок к излучению абсолютно чёрного тела с температурой, равной температуре её фотосферы. Поэтому для вычисления светимости звезды используют закон Стефана-Больцмана: L = 4πR 2 σt 4, где σ = кг с -3 К -4 постоянная Стефана-Больцмана (в учебнике таким образом рассчитывается светимость Солнца, см. с. 83).
13 Освещенность Е это количество световой энергии, попадающее на поверхность единичной площади за единицу времени. Единица измерения — Вт/м 2. Мерой освещенности в астрономии обычно является видимая звездная величина источника. Не следует путать понятия интенсивности и освещенности. Интенсивность характеризует энергию, излучаемую звездой, а освещенность энергию, приходящуюся на единицу поверхности удаленного тела (например, планеты).
14 Светимость звезды зависит от двух её физических характеристик: температуры и радиуса. Важно понимать, что интенсивность (мощность) излучения энергии единицей поверхности зависит только от температуры. Полная энергия, излучаемая звездой, пропорционально площади её поверхности, следовательно, зависит от радиуса звезды.
15 Масса звезды имеет фундаментальное значение в определении её физических характеристик. Количественно это выражается зависимостью «масса-светимость» для звёзд главной последовательности (учебник, с. 93): Важно подчеркнуть, что эта закономерность справедлива для звёзд главной последовательности.
16 Массивные звёзды главной последовательности обладают большей светимостью, так как температура в их недрах более высокая, что благоприятно для протекания ядерных реакций. С другой стороны, реакции горения протекают интенсивнее, и время пребывания массивной звезды на главной последовательности меньше, чем у менее массивных. При исчерпании «ядерного горючего» светимость звезды значительно меняется, а масса звезды при этом изменяется в гораздо меньшей степени. На диаграмме ГР такие звезды расположены вне главной последовательности.
17 В процессе жизни изменяются и спектр звёзд, и их светимость. А так как положение звезды на диаграмме ГР определяется именно этими характеристиками, то в течение жизни звезда будет «перемещаться» по ней. Именно поэтому можно проследить эволюцию звёзд на диаграмме ГР.
19 Важно понимать, что изменение положения звезды на диаграмме с течением времени связано только с изменением её физических характеристик.
20 Большую роль диаграмма ГР имеет для изучения характеристик звёзд в звёздных скоплениях. Звёзды скопления имеют примерно одинаковый возраст, но при этом могут сильно различаться по массам. Вид диаграммы будет различным для различных звёздных скоплений, а её анализ позволит определить физические характеристики скопления в целом, в частности, его возраст и расстояние до него. Подробнее:
21 Диаграммы Герцшпрунга-Рессела очень молодого (слева) и среднего возраста (справа) рассеянных скоплений
22 Анализ диаграммы ГР позволяет выделить различные группы звёзд, объединённые общими физическими свойствами. Для звёзд главной последовательности чётко выражена зависимость между температурой и светимостью. Внимательное изучение диаграммы позволяет выделить на ней ряд других последовательностей: область красных гигантов, сверхгигантов, белых карликов (учебник, с. 92). Эти области «населены» звёздами одинаковых или близких классов светимости. Классы светимости звёзд отражают индивидуальные зависимости их светимости от температуры. Всего выделяют 7 классов светимости
24 Принадлежность звезды к определённому классу светимости определяется на основании специальных дополнительных признаков спектральной классификации (Йеркская классификация звёзд,
25 Характеристики звёзд Звёзды подразделяют на классы светимости Класс светимости Звезды Представители I Сверхгиганты Ригель II Яркие гиганты Мирцам (β Большого Пса) III Гиганты Поллукс (β Близнецов) IV Субгиганты Процион (α Малого Пса) V Звезды главной последовательности Солнце, Сириус А VI Субкарлики Звезда Капте йна (VZ Живописца) VII Белые карлики Сириус В
26 Пример заданий из ЕГЭ Мы подробно остановились на описании классов светимости звёзд, так как в материалах для подготовки к ЕГЭ встречаются задания, в которых нужно определить, к какому классу гиганты, белые карлики и т.д. относится звезда, т.е. фактически нужно установить класс светимости.
28 Звёзды (Демидова, В.5) Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам звёзд. 1) Звезда Сириус В относится к белым карликам. 2) Звёзды Ригель и е Возничего имеют температуру, соответствующую звёздам спектрального класса М. 3) Звезда е Возничего относится к звёздам главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рассела. 4) Звезда Альдебаран относится к звёздам главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рассела. 5) Наше Солнце имеет среднюю плотность, сравнимую со средней плотностью белых карликов.
29 Звёзды (Демидова, В.6) Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам звёзд. 1) Наше Солнце имеет максимальную массу для звёзд главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга- Рассела. 2) Звезда Альдебаран относится к гигантам спектрального класса G. 3) Звезда Сириус А относится к звёздам главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рассела. 4) Звезда Ригель относится к белым карликам. 5) Звезда Сириус В относится к звёздам главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рассела.
30 Звёзды (Демидова, В.21) Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам звёзд. 1) Звезда Альдебаран относится к звёздам главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рассела. 2) Наше Солнце относится к звёздам главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рассела. 3) Звезда Сириус В относится к сверхгигантам. 4) Звезда Капелла относится к гигантам спектрального класса G. 5) Температура поверхности звёзд Капелла и α Центавра соответствует температурам поверхности звёзд спектрального класса О.
31 Как понятно из вышесказанного, определить по данным физическим характеристикам, к какому классу гиганты, сверхгиганты, звёзды главной последовательности, белые карлики относится конкретная звезда, невозможно. Поэтому правильно ответить на вопрос можно, если поместить звезду на диаграмму ГР, где уже есть другие звёзды, что позволит определить, в какую область попадает данная звезда. Либо надо просто запомнить, к каким последовательностям относятся наиболее «популярные» звёзды.
32 Данную работу рекомендуем провести в виде коллективного исследования по группам из двух-трёх человек с последующим сравнением и обсуждением результатов. Важно обратить внимание учеников на обратное направление оси температур: температура (откладываемая по горизонтальной оси) убывает.
33 В таблице даны характеристики звёзд: температура T (в K), светимость, выраженная в светимостях Солнца (светимость Солнца принята за 1).
34 Задания: Постойте диаграмму Герцшпрунга-Рессела для приведенных в таблице звёзд. По вертикальной оси откладывайте светимость (в светимостях Солнца), по горизонтальной температуру.
37 Задания: Нанесите на диаграмму пунктиром главную последовательность. Используя таблицу «спектральная классификация звёзд» на с. 92 учебника, постройте на диаграмме вертикальные цветные полосы, соответствующие цвету звёзд.
38 Спектральные классы звёзд
39 Задания: Отметьте на диаграмме области, где расположены: красные гиганты; белые карлики; сверхгиганты. Как будут выглядеть на диаграмме температура-светимость линии, вдоль которых располагаются звёзды одинакового радиуса?
40 Для определения вида линий воспользуемся формулой Стефана-Больцмана, связывающая светимость звезды с её радиусом: L = σt 4 4πR 2. Пусть температуры двух звёзд одинакового радиуса отличаются в 2 раза: Т 2 = 2Т 1. Найдем отношение их светимостей. L T 4 R 2 T L T R T L 2 = 16 L 1
42 ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА Какую зависимость между температурой звезды и её цветом вы можете установить, пользуясь построенной диаграммой? Цвет звезды зависит от её температуры: горячие звёзды имеют голубой цвет, холодные звёзды красный.
43 ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА Оцените температуру и цвет звезды главной последовательности спектрального класса А. Приведите пример такой звезды. Звёзды главной последовательности спектрального класса А это белые звёзды с температурой поверхности около К. Примеры таких звёзд на построенной диаграмме: Сириус А, Вега.
Источник