2022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 .pdf

小粒子与大宇宙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vHr，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 星和 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， 星的晃动范围为D， 星的晃动范围为D，如图 471 所示试求 星和 星的质量图 471 5 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，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - “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 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m1、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：辐射的能量中包含各种波长的电磁波；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；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P0T4，其中常用5.67108 W/m2K4. 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Rs696 000 km，太阳表面温度T5 770 K，火星半径r 3 395 km ，球面积S4R2，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2107m 1102m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r2(r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1 600 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：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - (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(3)1994 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4 km)，并以 60 km/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1 000 km.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600 m/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81020 J 的巨大能量已知一个铀235 裂变时可放出约 200 MeV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 2 000 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： C 2 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： 大爆炸名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 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vHr；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v1、v2的两个星体研究(v1v2) 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：r1v1T，r2v2T，根据 r vT，结合题中的vHr，可分析得到： T1H. 答案：1H4 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 星： GMML2M2D2对 星： GMML2M2D2两星之间距离LDD2又因为 2T将式分别代入式和式整理可得M2DDD22GT2M2DDD22GT2. 答案： M2DDD22GT2M2DDD22GT25 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 粒子质量数为4，电荷数为 2. 答案： 4 2 6 解析： 设 m1的半径为 R1，m2的半径为 R2，则 R1R2L由万有引力定律Gm1m2L2m242T2R2Gm1m2L2m142T2R1名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 由可得R1m2Lm1m2，R2m1Lm1m2T2LLGm1m2. 答案： R1m2Lm1m2R2m1Lm1m2T2LLGm1m27 解析： (1) 由 c/ 得 13.00108210 7 Hz 1.5 1015 Hz. 23.001081102 Hz 3106 Hz 所以辐射频率范围是3.00106 Hz 1.5 1015 Hz. (2) 每小时从太阳表面辐射的总能量为E4Rs2T4t ，代入数据得E1.381030 J. (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PRs2T4r24d2，d400Rs 所以 PT4r24002火星单位时间内向外辐射电磁波能量为P出4r2T4，火星处于平衡状态PP出，即T4r240024r2T4得 TT800204 K. 答案： (1)3.00 106 Hz1.5 1015 Hz (2)1.38 1030 J (3)204 K 8 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、铁等物质名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - (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Emv22101260022 J 1.8 1017 J. (4) 我们先计算一个铀235 裂变放出的核能是多少焦，E21081.6 1019 J ，我们再计算多少个铀235 裂变后可放出81020 J 的能量，即n810203.2 10112.5 1031( 个) ，则约相当于发生裂变的铀的质量m 235103nN02.351012.5 10316.021023 kg 9.8 106 kg. 答案： (1) 椭圆理由略(2) 光谱分析(3)1.8 1017 J (4)9.8 106 kg 9( 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，就有名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -