处于自然状态的物体会不断地向外辐电磁波，同时也会吸收由其他物体辐来的电磁波，当辐*和吸收达到平衡时，物体的...

来源：语文精选馆 1.72W

问题详情：

处于自然状态的物体会不断地向外辐*电磁波，同时也会吸收由其他物体辐*来的电磁波，当辐*和吸收达到平衡时，物体的温度保持不变。如果某物体能完全吸收入*到其表面的各种波长的电磁波而不发生反*，这种物体就称为黑体。黑体也会同时向外辐*电磁波，已知单位时间内从黑体表面单位面积辐*出电磁波的能量I与黑体表面热力学温度T的4次方成正比，即I=σT4，其中σ为已知常量。

（1）若将火星看成表面温度相同的球形黑体，火星的半径为r，火星中心到太阳中心的距离为L，且L远远大于r，所以火星接收到来自太阳的辐*可视为垂直*到面积为πr2的圆面上。已知太阳向外辐*电磁波的总功率为P1。火星大气层对太阳辐*的吸收和反*、太阳辐*在传播过程中的能量损失，以及其他天体和宇宙空间的辐*均可忽略不计。

① 求在火星表面垂直于太阳和火星连线的单位面积接收到的来自太阳辐*的功率P0；

② 设火星向四面八方各个方向均匀辐*，请写出当吸收和辐*达到平衡时火星表面热力学温度T火的表达式。

（2）太阳辐*电磁波的能量来源于如图*所示的太阳中心的“核反应区”。“核反应区”产生的电磁波在向太阳表面传播的过程中，会不断被太阳的其他部分吸收，然后再辐*出频率更低的电磁波。为了研究“核反应区”的温度，某同学建立如下简化模型：如图乙所示，将“核反应区”到太阳表面的区域视为由很多个“薄球壳层”组成，第1“薄球壳层”的外表面为太阳表面；各“薄球壳层”的内、外表面都同时分别向相邻内“薄球壳层”和外“薄球壳层”均匀辐*功率相等的电磁波（第1“薄球壳层”的外表面向太空辐*电磁波，最内侧的“薄球壳层”的内表面向“核反应区”辐*电磁波），如图*所示；“核反应区”产生的电磁波的能量依次穿过各“薄球壳层”到达太阳的表面，每个“薄球壳层”都视为黑体，且辐*和吸收电磁波的能量已达到平衡，所以各“薄球壳层”的温度均匀且恒定。

已知太阳表面热力学温度为T1，所构想的“薄球壳层”数目为N，太阳半径R1与“核反应区”的半径RN满足R1=kRN（k为已知的常数），第1“薄球壳层”的外表面向外辐*电磁波的总功率为P1。请根据该同学建立的模型和题目中给出的信息，解答下列问题。

① 求第2、第3和第N“薄球壳层”向相邻的外“薄球壳层”辐*电磁波的功率PP3和PN；

② 若认为“核反应区”的温度和第N“薄球壳层”的温度TN相等，请推导出“核反应区”热力学温度TN的表达式。结合所得到TN的表达式，请说明该同学的模型是否合理？若不合理，请说明理由。