第3节 银河系 宇宙（分层作业）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

第3节 银河系 宇宙 目录 【A 夯基础】 1 一、光年及其应用 1 二、宇宙 2 三、比较空间尺度的大小 2 四、首次用望远镜观察天体；黑洞 3 五、气球膨胀模型 3 六、综合信息题 4 七、教材有关概念补充 7 【B 提能力】 7 【C 链中考】 9 一、光年及其应用 1．天文学中采取一些特殊的距离单位作为天体间的距离单位，光在真空中行进一年所经过的距离称为 ，符号为 ． 2．如图是科学家首次拍摄到的距离地球5500万光年的黑洞照片，再次验证了爱因斯坦所创立的广义相对论的正确性。光年是 单位，黑洞强大的引力连跑的最快的光都无法逃脱，因此黑洞本身 （选填“是”或“不是”）光源，边缘的可见光是由于黑洞周围物体高速旋转落入黑洞，产生摩擦振动而造成的。    3．太阳的大小约是地球直径的130万倍，地球直径大约是1×107 m，而银河系的宽度大约是十万光年，通过计算说明太阳只是银河系中很微小的一员． 4．离太阳系最近的恒星是半人马座的“比邻星”（只能在南半球观测到），距我们约4.2光年。也就是说，我们现在观测到的比邻星的光，是4.2年前发出的，经过了四年多的星际旅行，才到达我们的眼睛。 （1）“光年”是长度单位，1光年等于多少米？ （2）如果宇航员乘坐速度为1000m/s的航天飞机从地球出发，需要多少年才能到达比邻星？ （3）根据以上计算结果对你认识宇宙有何启发，请说出一点？ 二、宇宙 5．关于宇宙，下列说法正确的是（　　） A．在天文学中，用“光年”作为时间单位 B．现代宇宙观认为，宇宙是不断膨胀的 C．太阳是宇宙的中心，地球是太阳系的一颗行星 D．恒星是静止不动的 6 ．关于宇宙起源，现代大多数科学家认同的是 ( ) ①宇宙诞生于距今约 137 亿年的一次大爆炸 ②大爆炸是整体的，涉及宇宙的全部物质及时间、空间 ③大爆炸导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应下降 ④宇宙温度下降至一定程度，逐步形成恒星和星系 A．①②③ B．①③④ C．②④ D．①②③④ 三、比较空间尺度的大小 7．下列选项中空间尺度最小的是（　　） A．地球 B．太阳系 C．银河系 D．宇宙 8．地球、太阳系、电子、原子中空间尺度最小的是（　　） A．太阳系 B．原子 C．地球 D．电子 9．我国自古就有很多关于宇宙的思考和对其结构的认识。“四方上下曰宇，往古来今曰宙”，宇指的是空间，宙指的是时间，宇宙即时空。若我们有一天乘坐宇宙飞船从地球出发去探索宇宙，将先后飞离（　　） A．地月系、太阳系、银河系 B．银河系、太阳系、地月系 C．太阳系、银河系、地月系 D．银河系、地月系、太阳系 10．本学期的物理学习中，接触到了一系列的名词：水滴、分子、电子、原子、质子、夸克、月亮、地球、太阳、太阳系、银河系。将它们按尺度从小到大排列，下列正确的是（　　） A．月亮、地球、银河系、太阳、太阳系 B．水滴、分子、电子、质子 C．夸克、电子、分子、水滴 D．银河系、太阳系、太阳、地球 11．下列选项的物质，按空间尺度由小到大顺序排列，错误的是（　　） A．夸克、中子、人、地球 B．月球、地球、太阳系、银河系 C．夸克、原子、电子、原子核 D．质子、原子核、人、太阳系 12．将下列物体按大致尺度从小到大的顺序排列，下列选项正确的是（　　） A．沙粒、原子、长城、银河系、太阳系 B．原子、沙粒、长城、银河系、太阳系 C．沙粒、原子、长城、太阳系、银河系 D．原子、沙粒、长城、太阳系、银河系 四、首次用望远镜观察天体；黑洞 13．率先用望远镜观察天体运动，由此得到的关于天体运行的结果支持了哥白尼的“日心说”的科学家是（　　） A．伽利略 B．普朗克 C．爱因斯坦 D．霍金 14．黑洞是宇宙中一种神秘的天体，很多黑洞都具有极其强大的引力，连它周围的恒星也不得不绕着它运动，就像人造地球卫星绕着地球运动一样。科学家对某颗恒星进行了长期观测，发现它每隔一年的位置如图所示，其运动轨迹是一个椭圆，从而推测该恒星附近有一个黑洞。忽略恒星质量的变化，则下列说法中正确的是（　　） A．该恒星1995年时的动能大于2001年时的动能 B．该恒星1995年时的势能小于2001年时的势能 C．黑洞在椭圆形轨迹内部D点的位置 D．黑洞在椭圆形轨迹内部A点的位置 五、气球膨胀模型 15．20世纪20年代科学家发现星系的光谱向长波方向偏移（谱线“红移”）。为了模拟这一现象，我们可用粘有小塑料粒的气球类比为宇宙，小塑料粒可看成是宇宙中的天体，气球膨胀时，任意两颗小塑料粒之间的距离都在 ，说明星系在 （选填“远离”或“靠近”）我们。 16．在探索宇宙过程中， （选填“托勒密”或“哥白尼”）创立了“日心说”。如图所示，向粘有金属小颗粒的气球中打气时，任一金属小颗粒与周围的其他小颗粒都相互远离；同理，我们观察到所有的星系正在远离我们而去，我们就会得出宇宙正在 （选填“膨胀”或“收缩”）的结论。 17．20世纪20年代科学家发现星系的光谱向长波方向偏移（谱线“红移”）。为了模拟这一现象，我们可用粘有小塑料粒的气球类比宇宙，小塑料粒可看成是宇宙中的天体，气球膨胀时，任意两颗小塑料粒之间的距离都在 ，说明星系在 （选填“远离”或“靠近”）我们。根据这一现象，大多数科学家认为：宇宙诞生于距今约137亿年前的一次 。 18．宇宙大爆炸理论认为，宇宙一开始是一个“原始火球”，原始的火球发生了大爆炸，导致宇宙空间处处膨胀，温度 （填“上升”、“下降”或“不变”）到一定程度时，逐步形成了超星系团、星系团、星系乃至恒星和行星等若用如图所示黏有小金属粒的气球来类比宇宙，小金属粒可看成宇宙中的 ，气球膨胀时，任一小金属粒周围的其他金属粒都在运动，此理论被 现象所证实。 六、综合信息题 19．2019 年 4 月 10 日，人类首张黑洞照片正式出炉！人类对于黑洞的探索已走过很多个年头， 黑洞是一种非常特殊的天体，它是由恒星在准备灭亡时形成的，其质量非常大，体积却非常小．上海科学家率国际科研小组曾利用射电望远镜阵列观察到，有一个黑洞直径与地球相当，质量却至少是太阳的 40 万倍． (1)查阅表格中的相关数据，可得出该黑洞的质量约为 千克；黑洞的密度约为 千克/米 3． 星球 半径(m) 体积(m3) 质量(kg) 地球 6.4×106 1.1×1021 5.98×1024 太阳 6.9×108 1.4×1027 1.96×1030 (2)请根据所学知识猜测黑洞形成的原因 ． A．恒星灭亡过程中爆炸产生新的原子，原子个数增加 B．恒星灭亡过程中内部原子吸收爆炸产生的能量，所以原子质量逐渐增大 C．恒星灭亡过程中内部原子之间间隙逐渐减小，最终电子质子中子被挤成一种密度极高的物质 20．阅读下列短文，回答问题. 宇宙从何而来 关于宇宙的起源，大多数宇宙科学家都认定:宇宙诞生于约137亿年前的一次大爆炸。大爆炸理论认为，宇宙起始于一个“原始火球”。在“原始火球”里，温度和密度都高得无法想象，这时物质的状态至今还无法描述。这种状态可能极不稳定.最终，“原始火球”发生爆炸，这种爆炸是整体的，涉及宇宙的全部物质及时间、空间.爆炸导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应下降。温度降到一定程度时，逐步形成了行星和恒星、星系、星系团和超星系团等。 星际介质在某些条件下形成恒星后会进入称为主序星的稳定期。太阳目前正处于主序星演化阶段，它主要由正、负电子和质子、氦的原子核构成.地球上几乎所有的能量都来自太阳，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，其反应是四个质子聚变为一个氦原子核和两个正电子并释放出大量的能量，这些释放出的核能最后转化为辐射能，并同时以每秒4.2×109 kg向外抛出大量物质，将来会发展到红巨星阶段并最终塌陷为密度很大的白矮星。 根据哈勃发现的谱线红移现象推断，星系仍在远离我们而去，它提供了宇宙膨胀的证据。 我们可用粘有小塑料粒的气球类比宇宙，小塑料粒可看成是宇宙中的天体.气球膨胀时，任意小塑料粒周围的其他小塑料粒都在离它远去（如图所示）。 （1）太阳内部进行的 反应是四个质子聚变为一个氦原子核和两个正电子并释放出能量； （2）宇宙大爆炸理论是目前被人们广为接受的一种宇宙起源学说.宇宙大爆炸理论认为宇宙诞生于大爆炸，爆炸引起宇宙膨胀，并认为 ； A．目前宇宙仍在不断地膨胀 B．目前宇宙膨胀已结束且开始收缩 C．目前宇宙已处于既不膨胀也不收缩的稳定状态 D．宇宙膨胀早已结束，目前处于静态 （3）用一个粘有小塑料粒的气球做演示实验类比宇宙空间膨胀过程的特点。下列研究方法与此相同的是 ； A．探究物质的质量与体积的关系 B．用两个相同的蜡烛探究平面镜成像特点 C．把发声的音叉放入水中探究声音产生的原因 D．用照相机成像原理研究人眼的成像原因 （4）太阳演化过程中经历的几个阶段先后顺序正确的是 ； A．主序星    红巨星   白矮星   星际介质 B．星际介质  主序星   红巨星   白矮星 C．星际介质  红巨星   主序星   白矮星 D．白矮星    红巨星   主序星  星际介质 （5）太阳从开始演化到最终，经历的几个阶段相比，其密度随时间的变化情况大致是 。 A．一直变大　　　　    B．一直变小　　   C．先变小后变大　　　　D．先变大后变小 21．科学家牛顿发现，宇宙间任何两个物体之间都存在相互吸引的力，即万有引力．万有引力的大小与两个物体的质量以及它们之间的距离的关系可用公式来描述：，其中：m1、m2分别为两个物体的质量，r为它们之间的距离，G为万有引力常量，如图所示． （1）由上述公式可知：两个物体间的引力F与它们之间距离的平方r2成 比． （2）下列表中给出了部分相关的物理参数： 表1：物体的质量／kg 太阳 地球 月球 大象 2.0×1030 6.0×1024 7.3×1022 6.0×103 表2：两物体间距离的平方／m2 日地间距离平方 月地间距离平方 月球上物体与月心间距离平方 地球上物体与地心间距离平方 2.25×1022 1.44×1017 3.02×1012 4.06×1013 表3：两物体间的引力／N 日地间引力 地球上大象与地球间引力 3.6×1022 5.9×104 根据上述表中的数据，结合相关公式，计算并回答下列问题： ①通过计算大象的重力G象和它与地球的引力数据对比，可以发现地球表面的物体所受的重力G和物体与地球间万有引力F大小关系是：G F（选填“大于”或“小于”）（g=9.8N/kg）． ②对于地球上质量不同的物体（尺寸大小与地球半径相比可忽略）与地球间的万有引力大小关系可用如图中的 （选填“甲”或“乙”）图线来表示． ③继2013年嫦娥三号实现月球软着陆之后，2018年12月8日，西昌卫星发射中心成功发射嫦娥四号探测器，标志着我国月球探测新旅程的开始．在经历了超过26天的太空飞行后，嫦娥四号探测器于2019年1月3日成功着陆在月球背面冯卡门撞击坑．嫦娥四号月球车命名为“玉兔二号”，是目前“世界最轻”的月球车，总质量只有140千克．根据以上数据和信息可得出它在地球上受到的引力是在月球上引力的 倍（结果取整数）． 七、教材有关概念补充 22．从地球上看， 星是除太阳外最亮的恒星，距离我们约8.6光年。 23. 银河系只是宇宙中一个普通的星系，宇宙中还存在着无数个类似银河系的星系，统称为 。 24. 微观粒子是物理学最 的研究对象，宇宙 则是物理学最 的研究对象。 一、综合题 1．9月25日，世界最大单口径射电望远镜——500米口径射电望远镜（简称FAST）在贵州落成启用。FAST建成之后，将保持世界领先地位二三十年。   调频电台、电视、手机以及其他无线电数据的传输，都会对射电望远镜的观测造成干扰，以大窝凼为中心，规划了半径150公里范围的射电天文保护区，方圆5公里范围之内严禁设置任何无线电发射设备。 大窝凼不仅具有一个天然洼地可以架设望远镜，而且喀斯特地质条件可以保障雨水向地下渗透，而不在表面淤积，腐蚀和损坏望远镜。 FAST将把我国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘，将深空通讯数据下行速率提高100倍。脉冲星到达时间测量精度由目前的120纳秒提高至30纳秒。 FAST研究涉及众多高科技领域，如天线制造、高精度定位与测量、高品质无线电接收机、传感器网络及智能信息处理、超宽带信息传输、海量数据存储与处理等。FAST关键技术成果可应用于诸多相关领域，如大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量、大型工业机器人研制以及多波束雷达装置等。 （1）电信号对射电望远镜 造成干扰；（会、不会） （2）大窝凼被选为基地，地理原因是 ； （3）FAST脉冲星到达时间测量精度比目前提高了 纳秒； （4）举例说出FAST研究涉及的领域 。 2．请阅读《宇宙灯塔——脉冲星》并回答问题。 宇宙灯塔——脉冲星 截至2024年5月，有“中国天眼”之称的500m口径球面射电望远镜（FAST）发现的新脉冲星数量突破900颗，这些发现，极大拓展了人类观察宇宙视野的极限。 “中国天眼”紧盯的脉冲星是什么？脉冲星是一类高速自转的天体，具有极强的磁场，它高速自转时就在两磁极处形成了方向性很强的锥形电磁波束（如图甲所示）。由于两个电磁波束会随着脉冲星的高速自转而一起转动，它们就会像灯塔发出的两束光一样扫过宇宙空间。电磁波束每扫过地球上的射电望远镜一次，射电望远镜就会收到一个脉冲信号（如图乙所示），脉冲星便以此而得名。 脉冲星具有极其稳定的自转周期（自转一圈所用的时间），部分脉冲星的自转周期约3亿年仅变化0.1ms，因此可将脉冲星作为计时基准。 脉冲星还是宇宙中的“探针”，可应用于探测引力波。宇宙中的超大质量天体加速运动时，会产生引力波。引力波信号极其微弱，特别是纳赫兹（Hz）引力波，难以直接观测。但是，引力波会使我们收到的脉冲星的脉冲信号发生变化。我国科学家通过综合分析多个脉冲星脉冲信号的变化，于2023年6月找到了纳赫兹引力波存在的关键证据。 越来越多被发现的脉冲星，犹如宇宙中不断被点亮的灯塔，引领我们揭开更多暗藏在宇宙中的秘密。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)电磁波束每扫过射电望远镜一次，射电望远镜就会收到一个 ，脉冲星便以此而得名； (2)脉冲星能够作为计时基准是因为它具有 ； (3)科学家找到纳赫兹引力波存在的关键证据的研究方法在初中物理的学习过程中也用到过，请类比研究条形磁体周围磁场分布的方法，补全表格中①②的内容 ； 研究对象 条形磁体的磁场 纳赫兹引力波 观测“设备” 人眼 中国天眼 探测工具 铁屑 ① 可观测证据 铁屑有规则地排列 ② 推理得到的结论 条形磁体周圆的磁场有规律分布 纳赫兹引力波存在 1．（2023·海南·中考真题）“天问一号”火星探测器到达火星，标志着我国在太空探测领域更进一步，为人类探索浩瀚宇宙作出了中国贡献。下列空间尺度最小的是（　　） A．宇宙 B．银河系 C．太阳系 D．火星 2．（2021·浙江衢州·中考真题）人类对天体的认识是不断深入、不断完善的。下列天体系统关系图正确的是（　　） A． B． C． D． 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 银河系 宇宙 目录 【A 夯基础】 1 一、光年及其应用 1 二、宇宙 2 三、比较空间尺度的大小 3 四、首次用望远镜观察天体；黑洞 5 五、气球膨胀模型 6 六、综合信息题 8 七、教材有关概念补充 11 【B 提能力】 12 【C 链中考】 14 一、光年及其应用 1．天文学中采取一些特殊的距离单位作为天体间的距离单位，光在真空中行进一年所经过的距离称为 ，符号为 ． 【答案】 1光年 1y 【详解】在天文学中，特别是大尺度的宇宙观察和探究过程中，距离非常大，所以采取一些特殊的距离单位作为天体间的距离单位，光年是其中之一，符号为ly，表示光在真空中行进一年所经过的距离． 故答案为(1). 1光年    (2). 1y 2．如图是科学家首次拍摄到的距离地球5500万光年的黑洞照片，再次验证了爱因斯坦所创立的广义相对论的正确性。光年是 单位，黑洞强大的引力连跑的最快的光都无法逃脱，因此黑洞本身 （选填“是”或“不是”）光源，边缘的可见光是由于黑洞周围物体高速旋转落入黑洞，产生摩擦振动而造成的。    【答案】 长度 不是 【详解】[1]光年是指光在真空中传播一年的距离，即是长度单位，光年一般被用于衡量天体间的距离。 [2]能自行发光的物体叫做光源，黑洞本身不能发光，所以黑洞不是光源。 3．太阳的大小约是地球直径的130万倍，地球直径大约是1×107 m，而银河系的宽度大约是十万光年，通过计算说明太阳只是银河系中很微小的一员． 【答案】太阳只是银河系中很微小的一员． 【详解】地球直径是1×107 m； 太阳的大小约是地球直径的130万倍，即； 而银河系的宽度大约是十万光年，即 由数据可以看出太阳只是银河系中很微小的一员． 4．离太阳系最近的恒星是半人马座的“比邻星”（只能在南半球观测到），距我们约4.2光年。也就是说，我们现在观测到的比邻星的光，是4.2年前发出的，经过了四年多的星际旅行，才到达我们的眼睛。 （1）“光年”是长度单位，1光年等于多少米？ （2）如果宇航员乘坐速度为1000m/s的航天飞机从地球出发，需要多少年才能到达比邻星？ （3）根据以上计算结果对你认识宇宙有何启发，请说出一点？ 【答案】（1）9.46×1015m；（2）1.26×106年；（3）见解析 【详解】解：（1）1光年，即为光在一年内走过的路程，即 1光年=365×24×3600×3×108m≈9.46×1015m （2）到“比邻星”旅游一趟大约需走的路程为 s=4.2光年=4.2×9.46×1015m 乘坐的航天器的速度：v=1000m/s；需用时间为 （3）通过计算可以发现宇宙浩瀚无边，目前人们对宇宙的了解还很少，宇宙还有很多的未知领域等待着我们去探索。 答：（1）“光年”是长度单位，1光年等于9.46×1015m； （2）如果宇航员乘坐速度为1000m/s的航天飞机从地球出发，需要1.26×106年才能到达比邻星； （3）见解析。 二、宇宙 5．关于宇宙，下列说法正确的是（　　） A．在天文学中，用“光年”作为时间单位 B．现代宇宙观认为，宇宙是不断膨胀的 C．太阳是宇宙的中心，地球是太阳系的一颗行星 D．恒星是静止不动的 【答案】B 【详解】A．在天文学中，“光年”指光一年的时间运动的距离，用“光年”作为长度单位，故A错误； B．现代宇宙观认为，宇宙是不断膨胀的，而且这种膨胀还会持续下去，故B正确； C．宇宙没有中心，太阳不是宇宙的中心，地球是太阳系的一颗行星，故C错误； D．绝对不动的物体是不存在的，恒星不是静止不动的，故D错误。 故选B。 6 ．关于宇宙起源，现代大多数科学家认同的是 ( ) ①宇宙诞生于距今约 137 亿年的一次大爆炸 ②大爆炸是整体的，涉及宇宙的全部物质及时间、空间 ③大爆炸导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应下降 ④宇宙温度下降至一定程度，逐步形成恒星和星系 A．①②③ B．①③④ C．②④ D．①②③④ 【答案】D 【详解】关于宇宙起源，科学家们提出了各种理论来进行解释，现代大多数科学家认同的是大爆炸理论，大家普遍认为，我们生存的宇宙诞生于距今约137亿年的一次大爆炸，大爆炸是整体的，涉及整个宇宙的全部物质及时间、空间，目前也仍有膨胀之中，大爆炸导致宇宙空间处处膨胀，随着宇宙的体积膨胀，能量消耗，宇宙的温度则相应下降，当宇宙温度下降至一定程度时，逐步形成了行星和恒星、星系、星系团和超星系团，包括我们的太阳系，地球和组成我们人自己的各种元素等，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 三、比较空间尺度的大小 7．下列选项中空间尺度最小的是（　　） A．地球 B．太阳系 C．银河系 D．宇宙 【答案】A 【详解】地球是我们人类赖以生存的行星。太阳系包括太阳、个行星、近个卫星和至少万个小行星。银河系是一个由数以亿计恒星组成的巨大星系，银河系的直径远大于太阳系。可观测宇宙包含了无数的星系、恒星、行星等天体，其空间尺度是最大的。地球、太阳系、银河系、宇宙中空间尺度最小的是地球，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 8．地球、太阳系、电子、原子中空间尺度最小的是（　　） A．太阳系 B．原子 C．地球 D．电子 【答案】D 【详解】宇宙是由物质组成的，宇宙中拥有数十亿个星系，银河系是数十亿个星系中的一个，太阳是银河系中几千亿颗恒星中的一员；太阳周围有八颗行星，地球是其中的一个；地球及一切天体都是由物质组成的，物体是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子是由位于中心的原子核和核外电子构成的。因此空间尺度最小的是电子。 故选D。 9．我国自古就有很多关于宇宙的思考和对其结构的认识。“四方上下曰宇，往古来今曰宙”，宇指的是空间，宙指的是时间，宇宙即时空。若我们有一天乘坐宇宙飞船从地球出发去探索宇宙，将先后飞离（　　） A．地月系、太阳系、银河系 B．银河系、太阳系、地月系 C．太阳系、银河系、地月系 D．银河系、地月系、太阳系 【答案】A 【详解】地球属于地月系，地月系属于太阳系，太阳系属于银河系。所以从地球出发探索宇宙，会先后飞离地月系、太阳系、银河系。故BCD不符合题意，A符合题意。 故选 A。 10．本学期的物理学习中，接触到了一系列的名词：水滴、分子、电子、原子、质子、夸克、月亮、地球、太阳、太阳系、银河系。将它们按尺度从小到大排列，下列正确的是（　　） A．月亮、地球、银河系、太阳、太阳系 B．水滴、分子、电子、质子 C．夸克、电子、分子、水滴 D．银河系、太阳系、太阳、地球 【答案】C 【详解】银河系是宇宙中数十亿个星系中平凡的一员；太阳系置身于银河系之中；地球在离太阳比较近的第三条轨道上运转；月亮是地球的卫星；各种星球都是由物质构成的，物质是由分子组成的；分子是由原子构成的，原子是由位于原子中心的原子核和核外电子构成的；原子核由质子和中子构成，质子和中子由夸克构成，它们按尺度从小到大排列为夸克、电子、质子、分子、水滴、月亮、地球、太阳、太阳系、银河系 A．按尺度从小到大排列为月亮、地球、太阳、太阳系、银河系，故A错误； B．按尺度从小到大排列为电子、质子、分子、水滴，故B错误； C．按尺度从小到大排列为夸克、电子、分子、水滴，故C正确； D．按尺度从小到大排列为地球、太阳、太阳系、银河系，故D错误。 故选C。 11．下列选项的物质，按空间尺度由小到大顺序排列，错误的是（　　） A．夸克、中子、人、地球 B．月球、地球、太阳系、银河系 C．夸克、原子、电子、原子核 D．质子、原子核、人、太阳系 【答案】C 【详解】A．按空间尺度由大到小顺序排列，银河系→太阳系→地球→月球→人→原子→原子核→中子→夸克（或电子），故A正确，A不符合题意； B．按空间尺度由大到小顺序排列，银河系→太阳系→地球→月球，故B正确，B不符合题意； C．原子由原子核和电子组成，原子比电子和原子核大，原子核比电子大，故C错误，C符合题意； D．按空间尺度由大到小顺序排列，太阳系→地球→月球→人→原子→原子核→质子，故D正确，D不符合题意。 故选C。 12．将下列物体按大致尺度从小到大的顺序排列，下列选项正确的是（　　） A．沙粒、原子、长城、银河系、太阳系 B．原子、沙粒、长城、银河系、太阳系 C．沙粒、原子、长城、太阳系、银河系 D．原子、沙粒、长城、太阳系、银河系 【答案】D 【详解】AC．沙粒是由原子构成的，故原子最小，沙粒比原子大，故AC错误； BD．原子最小，再大一点是沙粒，长城比沙粒的尺度大，银河系包含太阳系，故按大致尺度从小到大的顺序排列，原子、沙粒、长城、太阳系、银河系，B错误；D正确。 故选D。 四、首次用望远镜观察天体；黑洞 13．率先用望远镜观察天体运动，由此得到的关于天体运行的结果支持了哥白尼的“日心说”的科学家是（　　） A．伽利略 B．普朗克 C．爱因斯坦 D．霍金 【答案】A 【详解】A．伽利略是近代物理实验的先驱者，改进了望远镜用于观察天体的运行规律，率先用望远镜观察天体运行，得到的关于天体运行的结果支持了哥白尼的“日心说”，故A符合题意； B．普朗克在解决黑体辐射问题时提出了量子理论，为后来的量子力学奠定了基础，故B不符合题意； C．爱因斯坦创立了相对论，并为核能开发奠定了理论基础，故C不符合题意； D．霍金的主要领域是黑洞和宇宙论，故D不符合题意。 故选A。 14．黑洞是宇宙中一种神秘的天体，很多黑洞都具有极其强大的引力，连它周围的恒星也不得不绕着它运动，就像人造地球卫星绕着地球运动一样。科学家对某颗恒星进行了长期观测，发现它每隔一年的位置如图所示，其运动轨迹是一个椭圆，从而推测该恒星附近有一个黑洞。忽略恒星质量的变化，则下列说法中正确的是（　　） A．该恒星1995年时的动能大于2001年时的动能 B．该恒星1995年时的势能小于2001年时的势能 C．黑洞在椭圆形轨迹内部D点的位置 D．黑洞在椭圆形轨迹内部A点的位置 【答案】C 【详解】从图片中可以看出，在相同的一年时间内，该恒星在靠近D点的附近位置运动时速度越来越快，恒星在椭圆轨道上运动时，恒星质量不变，离黑洞越近，其速度会越快，速度越快，动能越大。在椭圆轨道上，且该恒星1995年时的速度小于2001年时的速度，而宇宙为真空，恒星运动时机械能守恒，故该恒星从1995年到2001年运动时，动能增大，而重力势能减小，是将重力势能转化为动能，因此该恒星1995年时的势能大于2001年时的势能，故可以推断D点更靠近黑洞，因此可以推断黑洞在椭圆形轨迹内部D点的位置，故ABD错误，C正确。 故选C。 五、气球膨胀模型 15．20世纪20年代科学家发现星系的光谱向长波方向偏移（谱线“红移”）。为了模拟这一现象，我们可用粘有小塑料粒的气球类比为宇宙，小塑料粒可看成是宇宙中的天体，气球膨胀时，任意两颗小塑料粒之间的距离都在 ，说明星系在 （选填“远离”或“靠近”）我们。 【答案】 变大 远离 【详解】[1][2]模拟实验中，用粘有小塑料粒的气球类比宇宙，小塑料粒可看成是宇宙的天体，气球膨胀时，随着体积的增大，任意两棵小塑料粒之间的距离都在变大，说明星系之间的距离在变大，即星系在远离我们。 16．在探索宇宙过程中， （选填“托勒密”或“哥白尼”）创立了“日心说”。如图所示，向粘有金属小颗粒的气球中打气时，任一金属小颗粒与周围的其他小颗粒都相互远离；同理，我们观察到所有的星系正在远离我们而去，我们就会得出宇宙正在 （选填“膨胀”或“收缩”）的结论。 【答案】 哥白尼 膨胀 【详解】[1][2]在探索宇宙过程中，哥白尼创立了“日心说”，认为太阳是宇宙的中心；研究表明，我们观察到所有的星系正在远离我们而去，于是得出宇宙正在膨胀的结论。 17．20世纪20年代科学家发现星系的光谱向长波方向偏移（谱线“红移”）。为了模拟这一现象，我们可用粘有小塑料粒的气球类比宇宙，小塑料粒可看成是宇宙中的天体，气球膨胀时，任意两颗小塑料粒之间的距离都在 ，说明星系在 （选填“远离”或“靠近”）我们。根据这一现象，大多数科学家认为：宇宙诞生于距今约137亿年前的一次 。 【答案】 增大 远离 大爆炸 【详解】[1][2][3]模拟实验中，用粘有小塑料粒的气球类比宇宙，小塑料粒可看成是宇宙的天体，气球膨胀时，随着体积的增大，任意两棵小塑料粒之间的距离都在变大，说明星系之间的距离在变大，即星系在远离我们。根据这一现象，提出了宇宙大爆炸学说，大多数科学家认为宇宙诞生于距今约137亿年前的一次大爆炸。 18．宇宙大爆炸理论认为，宇宙一开始是一个“原始火球”，原始的火球发生了大爆炸，导致宇宙空间处处膨胀，温度 （填“上升”、“下降”或“不变”）到一定程度时，逐步形成了超星系团、星系团、星系乃至恒星和行星等若用如图所示黏有小金属粒的气球来类比宇宙，小金属粒可看成宇宙中的 ，气球膨胀时，任一小金属粒周围的其他金属粒都在运动，此理论被 现象所证实。 【答案】 下降 天体 谱线红移 【详解】[1]1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始火球”中，后来发生了大爆炸，导致宇宙空间处处膨胀，温度下降，碎片向四面八方散开，形成了宇宙。 [3]红移说明宇宙的星体之间在互相远离，据此逆向推断，宇宙中的物质在若干年前应该是聚合在一起的，是一次特殊事件使得原始的物质团向外扩散（即大爆炸）。图中黏有小金属粒的气球来类比宇宙，小金属粒可看成宇宙中的天体，气球膨胀时，任一小金属粒周围的其他金属粒都在运动，此理论被谱线红移现象所证实。 六、综合信息题 19．2019 年 4 月 10 日，人类首张黑洞照片正式出炉！人类对于黑洞的探索已走过很多个年头， 黑洞是一种非常特殊的天体，它是由恒星在准备灭亡时形成的，其质量非常大，体积却非常小．上海科学家率国际科研小组曾利用射电望远镜阵列观察到，有一个黑洞直径与地球相当，质量却至少是太阳的 40 万倍． (1)查阅表格中的相关数据，可得出该黑洞的质量约为 千克；黑洞的密度约为 千克/米 3． 星球 半径(m) 体积(m3) 质量(kg) 地球 6.4×106 1.1×1021 5.98×1024 太阳 6.9×108 1.4×1027 1.96×1030 (2)请根据所学知识猜测黑洞形成的原因 ． A．恒星灭亡过程中爆炸产生新的原子，原子个数增加 B．恒星灭亡过程中内部原子吸收爆炸产生的能量，所以原子质量逐渐增大 C．恒星灭亡过程中内部原子之间间隙逐渐减小，最终电子质子中子被挤成一种密度极高的物质 【答案】 7.84×1035kg 7.1×1014 C 【详解】（1）由表格数据知道，m太阳=1.96×1030 kg，则m黑洞=400000×m太阳=400000×1.96×1030 kg=7.84×1035 kg；因为该黑洞直径与地球相当，所以r地球=r黑洞=6.4×106 m，故黑洞的体积是：≈1.1×1021 m3，由 知道，黑洞的密度是： ≈7.13×1014 kg/m3； （2）恒星灭亡过程中内部原子之间间隙逐渐减小，最终电子质子中子被挤成一种非常特殊的天体，即其质量非常大，体积却非常小，故C符合题意． 20．阅读下列短文，回答问题. 宇宙从何而来 关于宇宙的起源，大多数宇宙科学家都认定:宇宙诞生于约137亿年前的一次大爆炸。大爆炸理论认为，宇宙起始于一个“原始火球”。在“原始火球”里，温度和密度都高得无法想象，这时物质的状态至今还无法描述。这种状态可能极不稳定.最终，“原始火球”发生爆炸，这种爆炸是整体的，涉及宇宙的全部物质及时间、空间.爆炸导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应下降。温度降到一定程度时，逐步形成了行星和恒星、星系、星系团和超星系团等。 星际介质在某些条件下形成恒星后会进入称为主序星的稳定期。太阳目前正处于主序星演化阶段，它主要由正、负电子和质子、氦的原子核构成.地球上几乎所有的能量都来自太阳，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，其反应是四个质子聚变为一个氦原子核和两个正电子并释放出大量的能量，这些释放出的核能最后转化为辐射能，并同时以每秒4.2×109 kg向外抛出大量物质，将来会发展到红巨星阶段并最终塌陷为密度很大的白矮星。 根据哈勃发现的谱线红移现象推断，星系仍在远离我们而去，它提供了宇宙膨胀的证据。 我们可用粘有小塑料粒的气球类比宇宙，小塑料粒可看成是宇宙中的天体.气球膨胀时，任意小塑料粒周围的其他小塑料粒都在离它远去（如图所示）。 （1）太阳内部进行的 反应是四个质子聚变为一个氦原子核和两个正电子并释放出能量； （2）宇宙大爆炸理论是目前被人们广为接受的一种宇宙起源学说.宇宙大爆炸理论认为宇宙诞生于大爆炸，爆炸引起宇宙膨胀，并认为 ； A．目前宇宙仍在不断地膨胀 B．目前宇宙膨胀已结束且开始收缩 C．目前宇宙已处于既不膨胀也不收缩的稳定状态 D．宇宙膨胀早已结束，目前处于静态 （3）用一个粘有小塑料粒的气球做演示实验类比宇宙空间膨胀过程的特点。下列研究方法与此相同的是 ； A．探究物质的质量与体积的关系 B．用两个相同的蜡烛探究平面镜成像特点 C．把发声的音叉放入水中探究声音产生的原因 D．用照相机成像原理研究人眼的成像原因 （4）太阳演化过程中经历的几个阶段先后顺序正确的是 ； A．主序星    红巨星   白矮星   星际介质 B．星际介质  主序星   红巨星   白矮星 C．星际介质  红巨星   主序星   白矮星 D．白矮星    红巨星   主序星  星际介质 （5）太阳从开始演化到最终，经历的几个阶段相比，其密度随时间的变化情况大致是 。 A．一直变大　　　　    B．一直变小　　   C．先变小后变大　　　　D．先变大后变小 【答案】 核聚变 A D B C 【详解】(1)[1]太阳内部进行的核反应是四个质子聚变为一个氦原子核和两个正电子，并释放出能量。 (2)[2]宇宙大爆炸理论是指：宇宙诞生于大爆炸，并且爆炸引起了宇宙膨胀，而这种膨胀还在继续。 故选A。 (3)[3]A．为了形象地说明宇宙大爆炸，将一个黏有小金属粒的气球看作宇宙，金属粒看成是宇宙中的天体，气球膨胀时，任一小金属粒都在离它远去，这里运用的是主要一种思维方法类比法。A中探究物质质量与体积的关系时采用了控制变量法，故A不符合题意； B．用两个相同的蜡烛探究平面镜成像特点时采用了等效替代法， B不符合题意； C．把发声的音叉放入水中探究声音产生的原因时采用了科学推理法，故C不符合题意； D．用照相机成像原理研究人眼的成像原因时采用了类比法，故D符合题意。 故选D。 (4)[4]根据题意知太阳的最终演化过程为：星际介质→主序星→红巨星→白矮星。 故选B。 (5)[5]太阳从开始演化到最终，经历的几个阶段相比，其密度的变化情况大致是先变小后变大。 故选C。 21．科学家牛顿发现，宇宙间任何两个物体之间都存在相互吸引的力，即万有引力．万有引力的大小与两个物体的质量以及它们之间的距离的关系可用公式来描述：，其中：m1、m2分别为两个物体的质量，r为它们之间的距离，G为万有引力常量，如图所示． （1）由上述公式可知：两个物体间的引力F与它们之间距离的平方r2成 比． （2）下列表中给出了部分相关的物理参数： 表1：物体的质量／kg 太阳 地球 月球 大象 2.0×1030 6.0×1024 7.3×1022 6.0×103 表2：两物体间距离的平方／m2 日地间距离平方 月地间距离平方 月球上物体与月心间距离平方 地球上物体与地心间距离平方 2.25×1022 1.44×1017 3.02×1012 4.06×1013 表3：两物体间的引力／N 日地间引力 地球上大象与地球间引力 3.6×1022 5.9×104 根据上述表中的数据，结合相关公式，计算并回答下列问题： ①通过计算大象的重力G象和它与地球的引力数据对比，可以发现地球表面的物体所受的重力G和物体与地球间万有引力F大小关系是：G F（选填“大于”或“小于”）（g=9.8N/kg）． ②对于地球上质量不同的物体（尺寸大小与地球半径相比可忽略）与地球间的万有引力大小关系可用如图中的 （选填“甲”或“乙”）图线来表示． ③继2013年嫦娥三号实现月球软着陆之后，2018年12月8日，西昌卫星发射中心成功发射嫦娥四号探测器，标志着我国月球探测新旅程的开始．在经历了超过26天的太空飞行后，嫦娥四号探测器于2019年1月3日成功着陆在月球背面冯卡门撞击坑．嫦娥四号月球车命名为“玉兔二号”，是目前“世界最轻”的月球车，总质量只有140千克．根据以上数据和信息可得出它在地球上受到的引力是在月球上引力的 倍（结果取整数）． 【答案】 反 小于 甲 6 【详解】（1）万有引力公式为，由公式可知，引力大小与两物体的质量m1和m2乘积成正比，与两物体距离r的平方成反比； （2）①大象的重力G象=m象g=6.0×103kg×9.8N/kg=5.88×104N；把大象与表3中大象与地球间的引力相比可得，地球表面的物体所受的重力G小于物体与地球间万有引力F； ②根据公式可知，对于地球上质量不同的物体与地球间的万有引力成正比，故可用图象中的甲图线来表示； ③月球车在地球上受到的引力F地=， 月球车在月球上受到的引力F月=， ． 七、教材有关概念补充 22．从地球上看，天狼星是除太阳外最亮的恒星，距离我们约8.6光年。 23. 银河系只是宇宙中一个普通的星系，宇宙中还存在着无数个类似银河系的星系，统称为河外星系。 24. 微观粒子是物理学最小的研究对象，宇宙 则是物理学最大的研究对象。 一、综合题 1．9月25日，世界最大单口径射电望远镜——500米口径射电望远镜（简称FAST）在贵州落成启用。FAST建成之后，将保持世界领先地位二三十年。   调频电台、电视、手机以及其他无线电数据的传输，都会对射电望远镜的观测造成干扰，以大窝凼为中心，规划了半径150公里范围的射电天文保护区，方圆5公里范围之内严禁设置任何无线电发射设备。 大窝凼不仅具有一个天然洼地可以架设望远镜，而且喀斯特地质条件可以保障雨水向地下渗透，而不在表面淤积，腐蚀和损坏望远镜。 FAST将把我国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘，将深空通讯数据下行速率提高100倍。脉冲星到达时间测量精度由目前的120纳秒提高至30纳秒。 FAST研究涉及众多高科技领域，如天线制造、高精度定位与测量、高品质无线电接收机、传感器网络及智能信息处理、超宽带信息传输、海量数据存储与处理等。FAST关键技术成果可应用于诸多相关领域，如大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量、大型工业机器人研制以及多波束雷达装置等。 （1）电信号对射电望远镜 造成干扰；（会、不会） （2）大窝凼被选为基地，地理原因是 ； （3）FAST脉冲星到达时间测量精度比目前提高了 纳秒； （4）举例说出FAST研究涉及的领域 。 【答案】 会 天然洼地、雨水下渗 90 天线制造等 【详解】（1）[1]电信号也是电磁波，射电望远镜也是接受电磁波，因此电信号对射电望远镜会造成干扰。 （2）[2]由于大窝凼是喀斯特地质条件可以保障雨水向地下渗透，而不在表面淤积，腐蚀和损坏望远镜。所以会被选为基地。 （3）[3]脉冲星到达时间测量精度由目前的120纳秒提高至30纳秒，FAST脉冲星到达时间测量精度比目前提高了90纳秒。 （4）[4]FAST研究涉及众多高科技领域，如天线制造、高精度定位与测量、高品质无线电接收机、传感器网络及智能信息处理、超宽带信息传输、海量数据存储与处理等。 2．请阅读《宇宙灯塔——脉冲星》并回答问题。 宇宙灯塔——脉冲星 截至2024年5月，有“中国天眼”之称的500m口径球面射电望远镜（FAST）发现的新脉冲星数量突破900颗，这些发现，极大拓展了人类观察宇宙视野的极限。 “中国天眼”紧盯的脉冲星是什么？脉冲星是一类高速自转的天体，具有极强的磁场，它高速自转时就在两磁极处形成了方向性很强的锥形电磁波束（如图甲所示）。由于两个电磁波束会随着脉冲星的高速自转而一起转动，它们就会像灯塔发出的两束光一样扫过宇宙空间。电磁波束每扫过地球上的射电望远镜一次，射电望远镜就会收到一个脉冲信号（如图乙所示），脉冲星便以此而得名。 脉冲星具有极其稳定的自转周期（自转一圈所用的时间），部分脉冲星的自转周期约3亿年仅变化0.1ms，因此可将脉冲星作为计时基准。 脉冲星还是宇宙中的“探针”，可应用于探测引力波。宇宙中的超大质量天体加速运动时，会产生引力波。引力波信号极其微弱，特别是纳赫兹（Hz）引力波，难以直接观测。但是，引力波会使我们收到的脉冲星的脉冲信号发生变化。我国科学家通过综合分析多个脉冲星脉冲信号的变化，于2023年6月找到了纳赫兹引力波存在的关键证据。 越来越多被发现的脉冲星，犹如宇宙中不断被点亮的灯塔，引领我们揭开更多暗藏在宇宙中的秘密。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)电磁波束每扫过射电望远镜一次，射电望远镜就会收到一个 ，脉冲星便以此而得名； (2)脉冲星能够作为计时基准是因为它具有 ； (3)科学家找到纳赫兹引力波存在的关键证据的研究方法在初中物理的学习过程中也用到过，请类比研究条形磁体周围磁场分布的方法，补全表格中①②的内容 ； 研究对象 条形磁体的磁场 纳赫兹引力波 观测“设备” 人眼 中国天眼 探测工具 铁屑 ① 可观测证据 铁屑有规则地排列 ② 推理得到的结论 条形磁体周圆的磁场有规律分布 纳赫兹引力波存在 【答案】(1)脉冲信号 (2)脉冲星具有极其稳定的自转周期 (3)脉冲星，收到的脉冲星的脉冲信号发生变化 【详解】（1）根据题文可知，电磁波束每扫过地球上的射电望远镜一次，射电望远镜就会收到一个脉冲信号。 （2）由题文可知，脉冲星具有极其稳定的自转周期（自转一圈所用的时间），部分脉冲星的自转周期约3亿年仅变化0.1ms，因此可将脉冲星作为计时基准。 （3）根据题文可知，脉冲星还是宇宙中的“探针”，可应用于探测引力波，类比铁屑研究磁场的分布；收到的脉冲星的脉冲信号发生变化，从而找到了纳赫兹引力波存在的关键证据。 1．（2023·海南·中考真题）“天问一号”火星探测器到达火星，标志着我国在太空探测领域更进一步，为人类探索浩瀚宇宙作出了中国贡献。下列空间尺度最小的是（　　） A．宇宙 B．银河系 C．太阳系 D．火星 【答案】D 【详解】宏观的宇宙大于宏观的银河系，宏观的银行系大于宏观的太阳系，火星是太阳系里的一个组成部分，则尺度最小的是火星，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 2．（2021·浙江衢州·中考真题）人类对天体的认识是不断深入、不断完善的。下列天体系统关系图正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】目前的宇宙是指人类目前能够观测的宇宙范围，随着观测手段和技术的提高，人类观测到的宇宙范围不断拓展，我们所认识宇宙的范围会逐渐增大；根据所学知识可知，天体系统由小到大依次为地月系<太阳系<银河系<总星系，故C正确，ABD错误。 故选C。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $