2019-2020年高中物理第四章原子核第七节小粒子与大宇宙自我小测粤教版选修

2019-2020年高中物理第四章原子核第七节小粒子与大宇宙自我小测粤教版选修1下列说法中正确的是　　A．太阳是宇宙的中心B．太阳系中只存在太阳和它的八大行星C．太阳系由太阳和若干行星及它们的卫星和彗星组成D．以上说法都正确2关于宇宙的成因，目前比较易被接受的是宇宙起源于________．3天文观测表明几乎所有远处的恒星或星系都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度称为退行速度越大，也就是宇宙在膨胀．不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v＝Hr，式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定．为解释上述现象，有人提出一个理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的．假设大爆炸后各星体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观测一致．由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算公式为T＝________.4在天文学上把两个相距较近，由于彼此的引力作用而沿轨道相互环绕的恒星系统称为双星，例如天狼星就是双星系统的一颗子星，另一颗子星是已不再发光的白矮星，它们的环绕周期为

50.1年．α星和β星组成的双星系统其“晃动”实际上是环绕转动，不过人们往往只能看到它们在晃动周期为T，α星的晃动范围为Dα，β星的晃动范围为Dβ，如图4－7－1所示．试求α星和β星的质量．图4－7－15现在，科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反．据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数为多少？6两颗靠得较近的天体称为双星，宇宙中有一对双星，质量分别为m

1、m2，它们以二者连线上某点为圆心做匀速圆周运动，设双星间的距离为L，不考虑其他星体的影响，求这两颗星的轨道半径和周期．7阅读如下资料并回答问题自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射，热辐射具有如下特点

①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；

②物体温度越高，单位时间内从物体表面单位面积上辐射的能量越大；

③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它已在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比．即P0＝δT4，其中常用δ＝

5.67×10－8W/m2·K

4.在下面的问题中，把研究对象都简单地看成黑体．有关数据及数学公式太阳半径Rs＝696000km，太阳表面温度T＝5770K，火星半径r＝3395km，球面积S＝4πR2，其中R为球半径．1太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10－7m～1×102m范围内，求相应的频率范围．2每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？3火星受到来自太阳的辐射可认为垂直射到面积为πr2r为火星半径的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍．忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度．8彗星——拖着长长的尾巴，时而出现于黎明的东方，时而划破晴夜的长空．对于彗星的观察，我国从殷商时代就有了关于彗星的观察记录，并为后人留下了珍贵的资料，其中在《春秋》中记载的观察彗星的资料，被公认为是世界上哈雷彗星的最早记录，比欧洲关于彗星的记录早了几百年．在西方研究彗星的众多科学家中，英国物理学家哈雷对彗星的研究最为深入，他不仅对彗星进行天文观察，而且还对彗星的轨道进行了定量的计算，1705年，他在《彗星天文学》一书中计算了彗星的24个轨道．在现在已知的1600颗彗星中，人们对其中的600颗已确定了它们的轨道．下面是关于彗星的几个问题1经过观察与研究，人们发现彗星绕太阳运行的轨道一般为椭圆、抛物线或双曲线．彗星轨道的形状是由彗星的能量所决定的．试问著名的哈雷彗星的运行轨道是椭圆，是抛物线，还是双曲线？为什么？2据科学家研究发现，彗星是由稀薄气体、冰冻团块、甲烷、氨、干冰等组成的．彗星中还含有钾、钙、锰、钠和铁等物质，试说明人们是运用什么方法知道彗星中含有上述物质的．31994年，曾经发生了一个轰动世界的天文奇观，一颗命名为“苏梅克—列维9号”的彗星断裂成了21块其中最大的一块线度约4km，并以60km/s的速度连续地向木星撞去，这就是著名的彗—木相撞现象．苏梅克—列维9号彗星中的第一块碎片于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层并向木星撞去，撞击后产生的多个火球绵延近1000km.设想苏梅克—列维9号彗星分裂时有一块碎块的质量为1012kg，它相对于木星的速度为600m/s，求它与木星相撞过程中损失的机械能为多少．4苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层并向木星撞去，放出了相当于8×1020J的巨大能量．已知一个铀235裂变时可放出约200MeV的能量，试估算苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块与木星相撞所释放的能量相当于多少千克的铀235发生了裂变？参考答案1解析太阳系中以太阳为中心，有八大行星绕太阳运行，有的行星还有卫星，除此外还有2000多颗比较小的小行星和彗星等，所以叙述较完整的是C项．通常我们所说的八大行星是指太阳系中较大的几颗行星，太阳系的组成中还有小行星和彗星．答案C2解析目前关于宇宙成因有许多说法，其中具有代表性并为多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，认为宇宙起源于一次大爆炸．尽管“大爆炸”学说受到很多人支持，但仍有很多不解之谜．答案大爆炸3解析题中提供两个信息，一是宇宙在膨胀时，各星体以不同的速度向外匀速运动，不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v＝Hr；二是各星体匀速运动，设想我们位于其中心，取大爆炸后的速度分别为v

1、v2的两个星体研究v1＞v2．设大爆炸开始到现在经过的时间为T，由于各星体做匀速运动，物理模型如图所示．则两个星体的位移应满足r1＝v1T，r2＝v2T，根据r＝vT，结合题中的v＝Hr，可分析得到T＝.答案4解析晃动范围实际上就是做圆周运动的直径，晃动周期就是环绕周期，由于两者之间万有引力为向心力，故环绕中心转动的角速度是一样的．对α星G＝Mαω2

①对β星G＝Mβω2

②两星之间距离L＝

③又因为ω＝

④将

③④式分别代入

①式和

②式整理可得Mα＝Mβ＝.答案Mα＝Mβ＝5解析因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同质量、相同电荷量，但电荷的符号相反．所以，反α粒子质量数为4，电荷数为－

2.答案4　－26解析设m1的半径为R1，m2的半径为R2，则R1＋R2＝L

①由万有引力定律G＝m2R2

②G＝m1R1

③由

①②③可得R1＝，R2＝T＝2πL.答案R1＝　R2＝T＝2πL7解析1由ν＝c/λ得ν1＝Hz＝

1.5×1015Hz.ν2＝Hz＝3×106Hz所以辐射频率范围是

3.00×106Hz～

1.5×1015Hz.2每小时从太阳表面辐射的总能量为E＝4πδRs2T4t，代入数据得E＝

1.38×1030J.3设火星表面温度为T′，太阳到火星的距离为d，火星单位时间内吸收来的太阳的辐射能量Pλ＝πRs2δT4，d＝400Rs所以Pλ＝火星单位时间内向外辐射电磁波能量为P出＝4πδr2T′4，火星处于平衡状态Pλ＝P出，即＝4πδr2T′4得T′＝＝204K.答案

13.00×106Hz～

1.5×1015Hz

21.38×1030J　3204K8解析1哈雷彗星是一颗周期彗星，人们最近的一次观察到它是在1986年，预计在2062年哈雷彗星会再一次光临地球“做客”．哈雷彗星的周期为76年，由此可见哈雷彗星的运行轨道应该是椭圆．2当彗星造访地球时，可以对其进行光谱分析，通过对彗星光谱的分析，我们可以知道彗星中含有钾、钙、钠、铁等物质．3这个彗星碎块与木星相撞的过程中损失的机械能等于其与木星相碰前瞬间的动能，则有ΔE＝＝1012×J＝

1.8×1017J.4我们先计算一个铀235裂变放出的核能是多少焦，ΔE＝2×108×

1.6×10－19J，我们再计算多少个铀235裂变后可放出8×1020J的能量，即n＝＝

2.5×1031个，则约相当于发生裂变的铀的质量m＝235×10－3×＝kg＝

9.8×106kg.答案1椭圆　理由略　2光谱分析

31.8×1017J　

49.8×106kg9探究黑洞的本质是什么？9解析爱因斯坦相对论指出，任何物体的速度都不可能超过光速，由此可以推断，对这种天体来说，任何物体都不能摆脱它的吸引而逃脱出来，这种天体就是我们常听到的黑洞．黑洞是否存在不仅对理论物理的研究非常重要，对天体物理、宇宙学等都非常重要．于1990年发射升空的哈勃太空望远镜几年来的观察结果支持黑洞理论，1997年2月更换过设备的哈勃太空望远镜已发回许多更清晰、详细的观测资料，供科学研究．黑洞就像一个谜，没有人能看见它．但黑洞强大的吸引力会影响它附近的天体，这些天体在被黑洞吸收、吞没的过程中，会发射出X射线或Y射线，而一旦落入黑洞，便无影无踪．科学家就是通过观测这些射线，发现了黑洞的蛛丝马迹．例如，天鹅座X1的伴星可能就是一个黑洞．还有科学家认为，银河系的中心也存在一个巨大的黑洞．答案关于宇宙和我们人类所在的太阳系结构问题，是人类文化历史中最古老的课题之一．这些问题的科学研究，也就是天文学，推动了物理学的发展，并且对哲学也产生了巨大的影响．今天，天文学已成为物理学不可分割的组成部分，研究它的目的是为了认识宇宙以及构成它的所有宏观部分的形成和发展．这就需要把经验研究，就是观测和实验，与理论研究结合起来，这就使天文学必然与许多物理领域产生必不可少的联系，特别是与粒子物理．黑洞是一种非常神秘的天体．它的体积很小，但密度却大得惊人，每立方厘米就有几百亿吨甚至更多．因为它的密度大，所以引力也特别强大．不管什么东西，只要被它吸进去，就别想“爬”出来，连跑得最快的光也逃脱不掉黑洞的巨大引力．由于黑洞本身不发光，所以用任何强大的望远镜都看不见黑洞．尽管如此，大多数科学家仍相信，宇宙中有着许许多多黑洞．当大质量的恒星演化到晚年，经过超新星爆发，就有可能坍缩成黑洞．在宇宙早期，也会形成一些小黑洞．小黑洞的体积只有原子核那么大，质量和一座山差不多，达到上亿吨，里面蕴藏的能量相当于10个大型的发电站．探究结论黑洞是含有巨大能量和质量的宇宙实体．。