5.3宇宙的起源和演化同步练习（含解析）2023——2024学年高中物理教科版（2019）必修第二册

5.3宇宙的起源和演化 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．关于大爆炸宇宙模型的下列说法正确的是（　　）
A．宇宙起源于一个特殊的点，这个点大爆炸，是空间的开始
B．宇宙起源于一个特殊的点，在这个点爆炸之前时间已经存在
C．宇宙大爆炸后空间膨胀一定会一直持续下去，永不停止
D．宇宙起源的“奇点”温度无穷低，密度无穷大
2．关于宇宙的起源与演化，下列说法正确的是（　　）
A．牛顿认为宇宙空间是无限的，时间是有限的
B．牛顿认为宇宙空间是有限的，时间是无限的
C．大爆炸宇宙学认为时间是有开端的
D．大爆炸宇宙学认为空间是没有开端的
3．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
4．超新星的热核爆炸代表了这颗恒星演化到了哪个阶段（　　）
A．诞生期 B．存在期
C．死亡期 D．任何时期都可能
5．晴朗的夜空繁星闪烁，有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝关于“红星”和“蓝星”表面的温度，下列说法正确的是（　　）
A．恒星表面的温度越高，表面颜色越偏红，所以“红星”表面的温度高
B．恒星表面的温度越高，表面颜色越偏蓝，所以“蓝星”表面的温度高
C．“红星”和“蓝星”表面的温度一样高
D．恒星的表面颜色与其表面温度无关
6．下列关于宇宙及星系的说法中正确的是（　　）
A．太阳系中内行星都没有坚硬的外壳，外行星都有坚硬的外壳
B．太阳系中距离太阳越近的行星绕太阳公转速度越大
C．银河系是一种漩涡状的星系，太阳系就位于漩涡的中心
D．宇宙中恒星都是不动的星球，行星都是绕着恒星运动的
7．一颗恒星的寿命取决于它的（　　）
A．体积 B．质量 C．亮度 D．温度
8．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
9．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”与其对应的正粒子有相同的质量和相同的电荷量，但电荷符号相反。据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数分别为（　　）
A．-4，-2 B．4，-2 C．-4，2 D．4，2
10．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
11．现代宇宙学告诉我们，恒星在演变过程中，会形成密度很大的天体，如白矮星、中子星或黑洞。据推测，中子星物质的质量是，则中子星的密度约（　　）
A． B．
C． D．
12．形成目前宇宙的原始火球特征为（　　）
A．温度很高、密度很小，体积很小 B．温度很低、密度很大，体积很小
C．温度很高、密度很大，体积很小 D．温度很低、密度很小，体积不断变动
13．在宇宙诞生过程中，产生了如下粒子：①光子、中微子、电子等大量轻子；②氘核、氚核、氦核等轻核；③夸克、轻子、胶子等粒子；④质子和中子等强子；⑤电子、质子、氦核的混合电离气体；⑥电子、质子复合成为中性氢原子，根据宇宙大爆炸理论，以上粒子形成的先后顺序是（　　）
A．①②③④⑤⑥ B．③①④②⑤⑥
C．③④①②⑤⑥ D．①③④②⑥⑤
二、解答题
14．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？
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．下图是恒星质量和寿命的关系图，请估计一颗质量为太阳1.5倍的恒星能存在多久？―颗寿命约为140亿年的恒星，其质量约为太阳的多少倍？
17．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．
三、填空题
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．恒星离我们的距离非常遥远，但是我们可以利用地球绕太阳运动的圆形轨道直径作为基线，通过几何方法来测量恒星的距离。这种方法叫做 。图中恒星A是我们想要测量其距离的星体。B、C、D是相对比较远的恒星，在1月到7月间几乎看不出移动过，而A的相对位置在这半年里看上去却发生了变化。图中的θ角就称为 。
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
参考答案：
1．A
【详解】D．根据大爆炸宇宙模型，宇宙起源于“奇点”，该“奇点”温度无穷高，密度无穷大，认为该点拥有无穷的能量，但体积无穷小，故D错误；
C．宇宙爆炸后，急剧膨胀，宇宙未来的演化有两种可能，一是持续膨胀，另一种是膨胀到极限后又收缩成一个新的“奇点”，故C错误；
AB．“奇点”爆炸是宇宙的始点，既是时间的起点又是空间的始点，故A正确，B错误。
故选A。
2．C
【详解】AB．牛顿认为宇宙空间是无限的，时间也是无限的，故AB错误；
CD．大爆炸宇宙学认为大爆炸是时间、空间，以及宇宙中所有物质等构架的开端，故C正确，D错误。
故选C。
3．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。
4．C
【详解】超新星的热核爆炸代表了这颗恒星演化到了死亡期，即超大质量恒星能以巨热核恒星炸弹的形式变成超新星，超新星爆炸死亡，故选C。
5．B
【详解】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。
故选B。
6．B
【详解】A．内行星都是有坚硬外表的星体，而外行星则是大团的气体外壳及液态的内部，其平均密度远不及内行星，可谓虚有其表。故A错误；
B．由太阳的万有引力提供向心力
得
所以太阳系中距离太阳越近的行星绕太阳公转速度越大，故B正确；
C．太阳系绕银河系中心做匀速圆周运动，银河系是一种漩涡状的系星，太阳系不位于漩涡的中心，故C错误；
D．自然界中一切物体都在运动，宇宙中恒星都是运动的星球，故D错误。
故选B。
7．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。
8．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。
9．B
【详解】因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反。所以，反α粒子质量数为4，电荷数为-2。
故选B。
10．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。
11．C
【详解】依题意，有
，
根据密度公式，有
可得中子星的密度约为
故选C。
12．C
【详解】形成目前宇宙的原始火球特征为温度很高、密度很大，体积很小。
故选C。
13．C
【详解】根据宇宙大爆炸理论，宇宙形成之初是粒子家族，其后产生了夸克、轻子、胶子等粒子，然后按强子时代，轻子时代，核合成时代，混合电离气体，中性氢原子的顺序演化，选项C正确。
14．(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
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
16．50亿年， 0.5倍
【详解】从恒星质量与寿命的关系图中可见太阳的寿命为亿年。可在图中得到质量为太阳质量1.5倍的恒星能存在50亿年；
寿命为140亿年的恒星其恒星的质量与太阳质量的比值质量约为太阳的0.5倍。
17．
【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
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． 视差测距法 周年视差
【详解】[1] [2]地球上观测恒星有视差现象．此时基线就是地球轨道的直径，被观测恒星的视差就是太阳、恒星与地球所形成的内角P，随着地球公转，恒星就如图所示出现周年视差运动，恒星距离我们愈近（d），视差p就愈大，反之亦然．这种观测的方法我们称为视差测距法，由于对应的视差是半年时间内的，故此角度称为周年视差。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页