5.3宇宙的起源和演化 课后练习（Word版含答案）

5.3宇宙的起源和演化
一、选择题（共15题）
1．木村星系离地球为一亿光年，下列叙述错误的是（　　）
A．木村星系的光需一亿年才能到达地球
B．在地球所见的为一亿年前的木村星系
C．可推知木村星系可能形成在五千万年前
D．木村星系中最老的恒星年龄应该超过一亿年
2．下面关于宇宙的说法正确的是（　　）
A．宇宙是由银河系和太阳系组成的
B．宇宙是由地球和银河系组成的
C．太阳系中只有八大行星绕它运行
D．宇宙中有数十亿个星系，银河系是其中的一员
3．太阳系在银河系的（ ）．
A．中心 B．中心附近 C．一条旋臂的中心 D．一条旋臂的边缘
4．下列关于恒星寿命的说法正确的是（　　）
A．质量大的恒星寿命长 B．质量小的恒星寿命长
C．恒星的寿命与其质量无关 D．无法确定
5．太阳燃料全部耗尽，最终会变成一颗（ ）
A．白矮星 B．中子星 C．黑洞 D．黑矮星
6．关于太阳系中的行星的说法正确的是（）．
A．金星和地球的外壳都是由坚硬的岩石组成的
B．火星和木星的外壳都是由坚硬的岩石组成的
C．水星和金星没有坚硬的外壳，是气态行星
D．天王星有坚硬的外壳，是太阳系中最大的一颗行星
7．下列关于宇宙的说法错误的是（　　）
A．质量大的恒星寿命反而比较短
B．恒星的演化分为诞生期、存在期和死亡期
C．光年（1.y.）是一个时间单位，表示一年的时间
D．银河系是一种旋涡状星系，太阳现在正处于其中的一条旋臂上
8．关于恒星的演化，下列说法中正确的是（ ）
A．星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，中子星就形成了
B．恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星
C．小恒星燃料耗尽后会收缩成密度极大的白矮星
D．超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云，内部物质形成新的恒星
9．质量比太阳小的恒星最终会演化成（　　）
A．白矮星 B．中子星 C．脉冲星 D．黑矮星
10．关于恒星的温度、亮度和颜色，下列说法中正确的（ ）
A．恒星的颜色与表面温度有关，最冷的呈红色，最热的比太阳稍蓝
B．视星等越高的恒星，表面温度就越高
C．绝对星等越高的恒星，我们看到的就越亮
D．恒星的绝对星等仅决定于它的表面温度
11．晴朗的夜空繁星闪烁，有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝。对于“红星”和“蓝星”表面的温度，你的判断是（　　）
A．“红星”高 B．“蓝星”高 C．一样高 D．无法判断
12．一颗恒星的寿命取决于它的（　　）
A．体积 B．质量 C．亮度 D．温度
13．太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播的过程中衰变成一个μ子和一个τ子。若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子的速度方向一致，则τ子的运动方向（　　）
A．一定与μ子的方向相同 B．一定与μ子的方向相反
C．一定与μ子在同一直线上 D．不一定与μ子在同一直线上
14．为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪（AMS）在太空中寻找“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，则反氢原子是（　　）
A．由1个带正电荷的质子和1个带负荷的电子构成
B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成
C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成
D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成
15．2017年10月16日，全球多国科学家同步举行新闻发布会，宣布人类第一次利用激光干涉法直接探测到来自双中子星合并（距地球约1.3亿光年）的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号，此后2秒，美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴，这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件，标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代，也证实了爱因斯坦100多年前在广义相对论中有关引力波的预言，引力波是由黑洞、中子星等碰撞产生的一种时空涟漪，宛如石头丢进水里产生的波纹．根据以上信息判断正确的是
A．引力波的传播速度等于光束
B．具有质量的物体能产生引力波
C．干涉是波具有的性质，所以激光也是一种波
D．引力波的传播需要空气作为介质
二、填空题
16．如图（a）所示为拍到的月食照片，这一现象很好地说明了________________．图（b）所示为北极星附近的星星长时间曝光的照片，它又很好地说明___________________．
17．天文学家根据恒星的物理特征来分类，用来分类的主要特征是____________、____________和____________．
18．恒星的相对亮度常用________来表示，直接由光度测量得到的星等称为________，恒星在离一个标准距离情况下所具有的亮度称为________．
19．一颗恒星的寿命取决于它的质量，质量大的恒星虽然可以燃烧的核燃料较多，但它____________，所以寿命____________．试利用图估算，一颗质量为太阳2倍的恒星的寿命约为____________．
三、综合题
20．简述恒星的演化过程。
21．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。（已知质子质量为mH＝1.007 3 u，氦核质量为mHe＝4.001 5 u，电子质量为me＝0.000 55 u）
(1)写出这个核反应方程；
(2)这一核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？
22．某恒星的周年视差为，1月份和7月份地球移动的直线距离为，试估算该恒星离地球的距离．
23．太阳现在处于主序星演化阶段，它主要是由电子和、氦等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程式是，该核反应每发生一次放出的核能约为，这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而便太阳中的核数目减少10%，则太阳将离开主序星阶段进入巨星的演化阶段。为了简化计算，现假定太阳全部由电子和核组成。
(1)为了研究太阳演化过程，需要知道太阳的质量M。已知地球半径，地球质量，日地中心距离，地球表面处的重力加速度，试估算太阳目前的质量。（1年取）
(2)又已知地球上与太阳光垂直的每平方米面积上每秒钟得到的太阳辐射能为，试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年？（估算结果只要求保留一位有效数字）
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
因为木村星系距离地球是一亿光年，所以，木村星系的光需一亿光年才能到达地球，也是地球所见的为一亿年前的星系，可推知，木村星系中最老的恒星年龄超过一亿年，由此可得，ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
2．D
【详解】
宇宙中有数十亿个星系，银河系是这数十亿个星系中的一员，太阳是银河系中的一员。太阳周围除了八大行星之外，还有若干小行星，彗星等天体绕太阳运动。
故选D。
3．D
【详解】
天文观测发现太阳系在银河系的一条旋臂的边缘，D正确，ABC错误；
故选D。
4．B
【详解】
恒星的寿命跟其质量有关，质量越大的恒星核反应剧烈，寿命越短，质量越小的恒星核反应不够剧烈寿命越长，ACD错误，B正确。
故选B。
5．D
【详解】
太阳在内部的核燃料用尽后首先会体积变大，变成红巨星。红巨星靠燃烧太阳外层的核燃料继续保持发光发热。等到所有的燃料燃尽后，由于太阳自身巨大的质量形成的万有引力的作用下，会迅速向中心榻缩成密度极大、原子紧密排列的白矮星。白矮星靠太阳残留的少量热量继续发出微弱的光芒。在最后的一点热量耗尽后，太阳将最终变成一颗不发光也不发热的冰冷的黑矮星。
A． 白矮星与分析不符，故A错误。
B． 中子星与分析不符，故B错误。
C． 黑洞与分析不符，故C错误。
D． 黑矮星与分析相符，故D正确。
6．A
【详解】
太阳系的八大行星中，木星是气体星球，且是太阳系中最大的行星，其余都是由坚硬的岩石组成的，故A正确，BCD错误；
故选A。
7．C
【详解】
A．恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短，故A正确；
B．恒星的演化分为诞生期、存在期和死亡期，故B正确；
C．光在一年中走过的路程是光年，光年是天文学上常用的长度单位，故C错误；
D．宇宙是由很多星系组成的，银河系是一种旋涡状星系，太阳是银河系中的一颗恒星，故D正确；
本题选择错误的，故选C。
8．B
【详解】
A． 星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，恒星就形成了，故A错误。
B． 恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星，故B正确。
C． 小恒星燃料耗尽后会收缩成白矮星，但密度并非极大，白矮星的密度小于中子星，故C错误。
D． 超巨星爆炸后外层物质继续扩散到太空中，成为星云的组成部分，而后这些星云会收缩成为一颗新的恒星，故D错误。
9．D
【详解】
质量比太阳小的恒星演化过程为红巨星到白矮星到黑矮星。
故选D。
10．A
【详解】
A． 恒星的表面颜色取决于它的表面温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝，所以最冷的呈红色，最热的比太阳稍蓝，故A正确。
BCD． 恒星的星等衡量的是发光能力，而发光能力既和表面温度有关，也和发光面积有关，故星等越高的恒星，表面温度不一定越高，也不一定越亮，故BCD错误。
11．B
【详解】
发光能力和表面温度有关，对于我们看到的恒星来说，温度越低的恒星颜色越红，而温度越高的恒星颜色越蓝，则说明“蓝星”表面温度要高，故B正确，ACD错误。
故选B。
12．B
【详解】
恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星内部的核反应就更加剧烈。所以B正确；ACD错误；
故选B。
13．C
【详解】
中微子衰变成μ子和τ子的过程中满足动量守恒定律，μ子的速度方向与中微子的速度方向一致，则τ子的运动方向必定也在这条直线上，由于质量关系不确定，则不能确定其速度方向与μ子的方向相同还是相反。
故选C。
14．B
【详解】
反氢原子由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成。
故选B。
15．ABC
【详解】
A．发现引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号，说明引力波的传播速度等于光束，故A正确；
B．引力波是由黑洞、中子星等碰撞产生的一种时空涟漪，因此具有质量的物体能产生引力波，故B正确；
C．引力波是以光速传播的时空扰动，是横波，故引力波应该有偏振现象，故C正确；
D．天文台探测到引力波，说明引力波可以在真空中传播，故D错误；
故选ABC．
16． 大地是球状的 地球在自转
【详解】
月食是由于地球挡住了射向月球的阳光，故月食为弧形，说明地球是球状的；
长时间曝光的照片形成圆形轨迹，说明地球在自转。
17． 体积 温度 亮度
【详解】
天文学家根据恒星的物理特征来分类，用来分类的主要特征是体积、温度和亮度。
18． 星等 视星等 绝对星等
【详解】
恒星的相对亮度常用星等来表示，直接由光度测量得到的星等称为视星等恒星在离一个标准距离情况下所具有的亮度称为绝对星等.
19． 放射出的能量也比较多 短 20亿年
【详解】
一颗恒星的寿命取决于它的质量，质量大的恒星虽然可以燃烧的核燃料较多，但它放射出的能量也比较多所以寿命短，根据图像可知一颗质量为太阳2倍的恒星的寿命约为20亿年。
20．恒星可依据其质量分为以下两种演化过程：
一、小质量恒星：
二、大质量恒星：
在演化的过程中，恒星以内部氢核聚变为主要能源的发展阶段就是恒星的主序阶段。处于主序阶段的恒星称为主序星。主序阶段是恒星的青壮年期，恒星在这一阶段停留的时间占整个寿命的90%以上。当恒星的燃料消耗殆尽，就会变成红色巨星或超巨星，就意味着这颗恒星将要“死亡”。在恒星的演化过程中始终伴随着能量的转化和转移。
21．(1)；(2)24.78 MeV；(3)4.22×109 kg
【详解】
(1)由题意可得核反应方程应为
(2)反应前的质量
m1＝4mH＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u
反应后的质量
m2＝mHe＋2me＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4.002 6 u
Δm＝m1－m2＝0.026 6 u
由质能方程得，释放能量
ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV
(3)由质能方程ΔE＝Δmc2得太阳每秒减少的质量
Δm＝≈4.22×109 kg
22．
【详解】
如图所示，由题意，，由于很小，故该恒星离地球距离可表示为
代入数据可得
23．(1)；(2)
【详解】
(1)设地球绕日公转的周期为T，由万有引力定律和牛顿运动定律可知
地球表面的重力加速度
联立解得
将已知数据代入上式，得
(2)根据题给假定，在太阳继续保持主序星阶段的时间内。发生题中所述的聚变反应的次数为
因此期间太阳总共辐射的能量为
设太阳辐射是各向同性的，则每秒内太阳向外放出的辐射能为
所以太阳继续保持主序星阶段的时间为
由以上各式得
答案第1页，共2页