2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：4.7小粒子与大宇宙 课时练（含解析）

4.7小粒子与大宇宙
1．根据恒星的分类，太阳属于（ ）
A．超巨星 B．主序星 C．白矮星 D．中子星
2．我们观测到的恒星有超巨星、巨星、主序星、白矮星和_______星．右图为恒星质量和寿命的关系图，估计一颗质量为太阳1.8倍的恒星能存在_______年．横线上正确填写的选项是（　　）
A．北极星??30亿年
B．中子星??3亿年
C．中子星??30亿年
D．黑洞????30亿年
3．下列说法中正确的是（　　）
A．卢瑟福发现电子 B．汤姆孙提出原子核式模型
C．所有原子核都是由质子和中子组成 D．质量越大的恒星寿命越短
4．关于恒星，下列说法中正确的是　　
A．恒星的质量越大寿命就越长 B．太阳是宇宙中最大的恒星
C．恒星最终一定会变成黑洞 D．太阳是离地球最近的恒星
5．关于粒子的分类，目前人们认为粒子世界是由下列哪三类粒子构成的（ ）
A．媒介子、夸克、强子
B．夸克、轻子、强子
C．媒介子、轻子、强子
D．质子、中子、电子
6．通过天文观察得知天狼星A呈蓝白色，天狼星B呈白色，半人马座B呈橘红色．这三颗恒星中表面温度最高的是____________，表面温度最低的是____________．
7．恒星演化过程可用下列方框图表示出来。在图中空框内填入适当的名称。___、___、____
8．星系按外形大致分为____________、____________、____________。
9．恒星离我们非常遥远,我们可以利用地球绕太阳运动的性质来测量恒星的距离,这种测距方法叫做____________。
10．已经证实，质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为e，下夸克带电为－e，e为电子所带电量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为l，l＝1.5×10－15 m．试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力（库仑力）．
11．如下一系列核反应是在恒星内部发生的。
p＋―→ ―→＋e＋＋ν
p＋―→ p＋―→
―→＋e＋＋ν P＋―→＋α
其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为中微子，已知质子的质量为mp＝1.672 648×10－27kg，α粒子的质量为mα＝6.644 929×10－27kg, 正电子的质量为me＝9.11×10－31kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c＝3.00×108m/s，试计算该系列核反应完成后释放的能量。
12．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;也就是说,宇宙在膨胀。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,有人提出一种理论,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。
（1）由上述理论和天文观测结果,可估算宇宙年龄T,其计算式是什么?
（2）根据观测,哈勃常数H=3×10-2米/（秒·光年）,其中光年是光在一年中行进的距离,由此估算宇宙的年龄约为多少年?
参考答案
1．B
【解析】
根据恒星的分类，太阳属于主序星。
A． 超巨星与分析不符，故A错误。
B． 主序星与分析相符，故B正确。
C． 白矮星与分析不符，故C错误。
D． 中子星与分析不符，故D错误。
2．C
【解析】
我们观察到的恒星有超巨星、巨星、中型星、白矮星和中子星．利用恒星质量和寿命图得一颗质量为太阳1.8倍的恒星对应纵轴的数值是30亿年．
A．描述与分析不符，故A错误.
B．描述与分析不符，故B错误.
C．描述与分析相符，故C正确.
D．描述与分析不符，故D错误.
3．D
【解析】
A．汤姆逊发现电子，故A错误；
B．卢瑟福提出原子核式模型，故B错误；
C．原子核一般由质子和中子构成，但氕的原子核都不含中子，只有1个质子，故C错误；
D．恒星的寿命和它的质量体积有关，质量越大的恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧烈，故D正确；
4．D
【解析】
A、恒星质量越大寿命越短，故A错误；
B、现在的天文学只探索到了宇宙很小的一部分，很多恒星未知，太阳并不是宇宙中最大的恒星，故B错误；
C、恒星最终会变成黑矮星、白矮星、黑洞等，因此，恒星最终并不一定会变成黑洞，故C错误；
D、太阳是离地球最近的恒星，故D正确．
5．C
【解析】按照粒子与各种相互作用的不同关系，把粒子分为三大类，即强子、轻子和媒介子．
6．天狼星A 半人马座B
【详解】
[1][2] 恒星温度越高，发射出的辐射的频率也越高，在可见光中，红光的频率最低，蓝光和紫光的频率最高。就是说，从低温到高温，恒星的颜色是从红色到蓝色的。我们的太阳表面温度大约5700度，是橙黄色的。到白色时，恒星的温度已经是1万多度了，到蓝色时，恒星的颜色可能超过3万度。故恒星中表面温度最高的是天狼星A；表面温度最低的是半人马座B。
7．巨星 白矮星 中子星
【解析】
[1][2][3]根据恒星的演化可知，超巨星演化为原恒星或白矮星或者是主序星；白矮星进一步演化，进入晚年期后形成黑矮星；而主序星进入晚年期时形成黑洞或中子星；
8．旋涡星系 椭圆星系 不规则星系
【解析】
[1][2][3]星系按外形大致分为旋涡星系、椭圆星系、不规则星系三种。
9．周年视差法
【解析】
[1]恒星离我们非常遥远,我们可以利用地球绕太阳运动的性质来测量恒星的距离,这种测距方法叫做周年视差法。
10．上夸克间静电力F＝46 N，为斥力
上、下夸克间静电力为23 N，为吸力
【解析】质子带电为＋e，所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的．按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，这时上夸克与上夸克之间的静电力应为
Fuu＝k＝k
代入数值解得Fuu＝46 N，为斥力
上、下夸克之间的静电力F′ud＝k＝k
代入数值解得：F′ud＝23 N，为吸引力．
11． 3.95×10－12J
【解析】为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系统反应最终等效为
4p―→α＋2e＋＋2ν
设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得
4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q
代入数值可得
Q＝3.95×10－12J
12．（1）T= （2）1×1010年
【解析】（1）由于爆炸后各星体做的是匀速运动,令宇宙年龄为T,则星球现距我们的距离为r=vT=HrT,得:T=。
（2）T==1×1010年。