5.3探索宇宙的奥秘同步练习（含解析）2023——2024学年高物理鲁科版（2019）必修第二册

5.3 探索宇宙的奥秘 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．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”、“蓝星”以及它们发出的光，下列说法中正确的是（　　）
A．红光的波长比蓝光的波长短 B．红光的光子能量比蓝光的光子能量大
C．“红星”的表面温度比“蓝星”的表面温度高 D．“蓝星”的表面温度比“红星”的表面温度高
2．在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是（　　）
①船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的　②船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的　③航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的　④航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的
A．①② B．③④
C．②③ D．①④
3．在粒子对撞机中，有一个电子经过高压加速，速度达到光速的0.8，此时质量m与原质量m0的关系为（ ）
A．m = m0 B．m = 0.5m0
C．m = 1.155m0 D．m =
4．按照宇宙大爆炸理论思想，在宇宙大爆炸的过程中，关于恒星的演化，下列说法中正确的是（　　）
A．小质量恒星燃料耗尽后会收缩成密度极小的白矮星
B．恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星
C．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
D．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
5．如今关于宇宙起源的主流理论是宇宙大爆炸论（宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。大爆炸论认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史：在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化）。支持宇宙大爆炸论的三个主要证据：星系红移；氦元素丰度；宇宙微波背景辐射。这三个证据都是被现代科学证明了的。对此，下列认识正确的是 （　　）
①宇宙的存在与发展是客观的
②可论证、可证明是物质的唯一特性
③宇宙大爆炸论从一个角度说明自然是物质的
④宇宙大爆炸论是第一性的，宇宙存在是第二性的
A．①② B．①③ C．②④ D．③④
6．下列关于恒星体积大小由大至小排列正确的是（　　）
A．白矮星 超巨星 巨星 中子星 B．中子星 白矮星 超巨星 巨星
C．超巨星 巨星 白矮星 中子星 D．超巨星 巨星 中子星 白矮星
7．关于宇宙，下列说法正确的是（ ）
A．地球是宇宙中唯一有卫星的行星
B．太阳的八大行星在万有引力作用下绕太阳公转
C．太阳系是银河系的中心
D．所谓恒星就是永恒不变的星球
8．关于宇宙，下列说法中正确的是（　　）
A．当恒星变为红色的巨星或超巨星时，就意味着这颗恒星正处于壮年
B．恒星的寿命取决于亮度
C．太阳能够发光、放热，主要是因为太阳内部不断发生化学反应
D．银河系是一种旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上
二、多选题
9．下列说法正确的是（　　）
A．哈勃发现的“红移”现象说明远处的星系正急速的远离我们
B．哈勃发现的“红移”现象说明地球是宇宙的中心
C．“新星”和“超新星”是刚刚产生的恒星
D．“超新星”和“新星”的产生说明恒星正在不断灭亡
E．“超新星”爆发后少数可能形成黑洞
10．下列说法正确的是（　　）
A．物理基本规律在所有惯性系中都是等价的
B．在真空中，光的速度与光源的运动状态无关
C．在惯性系和非惯性系中光都是沿直线传播的
D．在所有惯性系中，光在真空中沿任何方向传播的速度都相同
11．2017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
12．下列说法正确的是（　　）
A．晴朗的白天，影子的边缘模糊，这是光沿直线传播造成的
B．肥皂泡上经常会出现彩色图案，这种现象是由光的干涉造成的
C．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景象，可使景象更清晰
D．带上VR眼镜可以看到立体感的画面，是因为VR眼镜利用了光的偏振原理
E．在天文观测中，科学家发现距离越远的天体红移现象越明显，这种红移现象是由光的折射造成的
三、解答题
13．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？
14．太阳是个极其巨大、炽热的气体球，太阳中心处核聚变产生的巨大能量不断向宇宙空间辐射。
(1)太阳的光和热以每秒米的速度（即光速c）向外辐射，约经8分20秒到达地球。试估算太阳与地球间的距离。
(2)用E表示太阳的辐射能，估算地球获得的辐射能为太阳总辐射能E的几分之一。（已知球表面公式为，r为球半径，地球半径R为6400千米）
15．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）
16．古希腊某地理学家通过长期观察，发现某日正午时刻，在北半球A城阳光与重垂方向成7.5°角射入，而在A城正南方，与A城地面距离为的B城，阳光恰好沿重垂方向射入，如图所示，射到地球的太阳光可视为平行光，据此他估算出了地球的半径，试写出估算地球半径的表达式．
四、填空题
17．天文学家把所有的空间及其中的万物定义为 ，哈勃在 20 世纪20年代分析了从其他星系来的星光之后，发现了一个重要的宇宙秘密：在大尺度上，每一个星系都在与其余星系远离，它们距离我们越远，则离开的速度越大，这意味着宇宙正在 。
18．小科同学把气球吹成球形后，用沾有墨汁的毛笔在气球表面均匀地画上小圆点，再把气球吹至排球大小，发现黑点之间的距离增大，如图所示。
（1）在气球膨胀过程中，球内气体的压强 （选填“大于”“等于”或“小于”）大气压强。
（2）如果气球变化模拟宇宙演变，本活动使小科体验到宇宙的 没有中心。
19．题图为恒星的寿命与其质量的关系图，由图可知，恒星质量越大，其寿命越 （选填“长”或“短”），若一恒星的质量为太阳质量的1.8倍，则它的寿命约为 年。
20．读天体系统层次框图，完成下列问题。
(1)写出图中字母所代表的天体系统的名称：
A ；B ；C ；D ；
(2)图中天体系统C的中心天体是 ；
(3)目前我们人类能观测到的最远的星系估计为 亿光年。
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．D
【详解】AB．红光的波长比蓝光的波长长，红光的频率比蓝光的波长低，根据
可知红光的光子能量比蓝光的光子能量小，故AB错误；
CD．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，故D正确，C错误。
故选D。
2．D
【详解】假设在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，如图所示

船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的，但是航天员以飞船为参考系看到的却是另外一番情景。为了记录光束在飞船中的径迹，航天员在船里等距离地放置一些半透明的屏，光可以透过这些屏，同时在屏上留下光点。由于飞船在前进，光到达右边一屏的位置总会比到达左边一屏的位置更加靠近船尾。如果飞船做匀速直线运动，飞船上的观察者看到光的径迹仍是一条直线（图中的虚线）。然而，如果飞船做匀加速直线运动，在光向右传播的同时，飞船的速度也在不断增大，因此船上观察者记录下的光的径迹是一条曲线（图中的实线）。根据等效原理，航天员完全可以认为飞船没有加速运动，而是在船尾方向存在一块巨大的物体，它的引力场影响了飞船内的物理过程。因此我们得出结论：物质的引力使光线弯曲。
故选D。
3．D
【详解】根据爱因斯坦相对论的公式
故选D。
4．B
【详解】A．小质量恒星燃料耗尽后会收缩成白矮星，但密度不是极小的，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．超巨星爆炸后外层物质会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C错误；
D．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D错误。
故选B。
5．B
【详解】支持宇宙大爆炸论的三个主要证据：星系红移;氦元素丰度;宇宙微波背景辐射。这三个证据都是被现代科学证明了的，这表明宇宙的存在与发展是客观的，宇宙大爆炸论从一个角度说明自然是物质的，①③正确；客观实在性是物质的唯一特性，②错误；宇宙大爆炸论是第二性的，宇宙存在是第一性的，④错误。
故选B。
6．C
【详解】超巨星的体积非常大，它的半径通常是太阳的倍，甚至超过太阳的倍；巨星的体积很大，它的半径通常是太阳的倍；白矮星是体积小，亮度低，但质量大，密度极高；中子星体积很小，质量却很大，它们的体积大小由大至小依次为：超巨星、巨星、白矮星、中子星，C正确，ABD错误；
故选C。
7．B
【详解】A．宇宙中有卫星的行星很多，地球不是宇宙中唯一有卫星的行星，故A错误；
B．太阳的八大行星在万有引力作用下绕太阳公转，故B正确；
C．太阳系不是银河系的中心，故C错误；
D．恒星是由炽热气体组成，能够自己发光的天体，恒星并非不动，也有自己的生命史，故D错误。
故选B。
8．D
【详解】A．当恒星变为红色的巨星或超巨星时，就意味着这颗恒星处于死亡期了，A错误；
B．恒星的寿命取决于质量，B错误；
C．太阳能够发光、放热，主要是因为太阳内部不断发生核反应，C错误；
D．银河系是一种旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上，D正确。
故选D。
9．ADE
【详解】AB．哈勃发现的“红移”现象说明远处的星系在远离我们，但不能说明我们就处于宇宙的中心，只能说明我们与远处的星系存在相对运动，故A正确，B错误；
CD．“新星”和“超新星”是恒星消亡时的一种现象，故C错误，D正确；
E．“超新星”爆发后少数可能形成黑洞，故E正确。
故选ADE。
10．ABD
【详解】A．根据相对性原理知，物理规律在所有惯性系中都是等价的，故A正确；
BD．根据光速不变原理知，在真空中，光的速度与光源的运动状态无关；在所有惯性系中，光在真空中沿任何方向传播的速度都相同，故BD正确；
C．根据爱因斯坦的广义相对论知，在相对惯性系转动的非惯性系，光不是沿直线传播的，而是沿曲线传播，故C错误。
故选ABD。
11．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．
12．BCD
【详解】A．晴朗的白天，影子的边缘模糊，这是光的衍射造成的，故A错误；
B．利用薄膜（如肥皂液薄膜）前后两面反射的光相遇而形成的，称为薄膜干涉。图样的特点是：同一条亮（或暗）条纹上所对应的薄膜厚度相同，单色光照射在薄膜上形成明暗相间的条纹，白光照射在薄膜上形成彩色条纹，故B正确；
C．可使景像清晰是利用光的偏振。只能让振动方向与偏振方向一致的通过，故C正确；
D．VR眼镜通过利用偏振光的特性，将视觉信息分离并传递给眼睛。每只眼睛只能接收到与其偏振片振动方向相同的光，从而实现分别的视觉信息。通过大脑的处理和合成，使人们获得立体感，故D正确；
E．距离远的天体发射光波至地球期间，因为空间膨胀，随之拉伸光波，因此它们以更长、更红的波长到达地球。这种类型的红移称为宇宙红移，所以天体离我们越远，它的光到达我们这里所需的时间就越长。更长的光传播时间意味着更多的宇宙膨胀、更多的波长拉伸以及更高的红移，故E错误。
故选BCD。
13．(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
14．(1)米；(2)22亿分之一
【详解】(1)设太阳与地球间的距离为r，有
×500mm
(2)如图所示，以太阳为球心，太阳与地球间距离r为半径的球表面面积
其面上总能量为E。
地球在此球面上的有效面积为
对应获取的太阳能为，有
即地球获得的太阳能仅为太阳总辐射能的22亿分之一。
15．(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
16．
【详解】
如图所示，由题意可知
故A、B距离可表示为
故地球半径为
17． 宇宙 膨胀
【详解】[1][2]天文学家把所有的空间及其中的万物定义为宇宙，哈勃在 20 世纪20年代分析了从其他星系来的星光之后，发现了一个重要的宇宙秘密：在大尺度上，每一个星系都在与其余星系远离，它们距离我们越远，则离开的速度越大，这意味着宇宙正在膨胀。
18． 大于 膨胀
【详解】（1）[1]气球膨胀就是因为气球内部气体压强变大，大于外界的大气压强，产生了向外的压强差。
（2）[2]气球上的各个小圆点都会均匀的变大，没有一个中心，这说明了宇宙的膨胀也是没有中心的。
19． 短 3
【详解】[1]由图可知，恒星质量越大，其寿命越短；
[2]由图可知，若一恒星的质量为太阳质量的1.8倍，则它的寿命约为
20． 总星系 河外星系 太阳系 地月系 太阳 150~200
【详解】(1)[1]总星系[2]河外星系[3]太阳系[4]地月系
(2)[5]图中天体系统C的中心天体是太阳。
(3)[6]目前我们人类能观测到的最远的星系估计为150~200亿光年。
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