第3节 探索宇宙的奥秘（分层作业）物理鲁科版必修第二册

3．探索宇宙的奥秘 目录 【攻核心·技能提升】 1 一、宇宙的演化 1 二、永不停息的探索 2 【拓思维·重难突破】 4 【链高考·精准破局】 5 一、宇宙的演化 1.太阳的寿命估计为100亿年，目前已度过了约50亿年，当太阳耗尽核燃料后，最终将会演化变成（　　） A．主序星 B．白矮星 C．中子星 D．红巨星 2.在体积巨大、表面温度较低的红巨星形成之后，若恒星外层物质不断膨胀，将形成（　　） A．白矮星 B．超新星 C．行星状星云 D．中子星 3.大爆炸理论认为，我们的宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸．除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙基本上是匀速膨胀的．上世纪末，对1A型超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀。面对这个出人意料的发现，宇宙学家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量组成，它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀，如果真是这样，则标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系，大致是的哪个图象(　　) 4.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 5.（多选）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(　　) A．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的 B．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的 C．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的 D．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的 6.《流浪地球》讲述了极速衰老的太阳威胁到地球的生存环境，人类带着地球逃亡的故事．若太阳变为了红巨星，此时意味着它处于恒星的（　　） A．诞生期 B．成长期 C．存在期 D．死亡期 二、永不停息的探索 7.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 8.现代宇宙学告诉我们，恒星在演变过程中，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． 9.2017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 10.美国科学家于2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”。相对论在一定范围内弥补了牛顿力学的局限性。关于牛顿力学，下列说法正确的是（　　） A．牛顿力学完全适用于宏观低速运动 B．牛顿力学取得了巨大成就，是普遍适用的 C．随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论 D．由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值 11.（多选）宇宙中两个相距较近的星球可以看成双星，它们只在相互间的万有引力作用下，绕两球心连线上的某一固定点做周期相同的匀速圆周运动．根据宇宙大爆炸理论，双星间的距离在不断缓慢增加，设双星仍做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（　　） A．双星相互间的万有引力不变 B．双星做圆周运动的角速度均增大 C．双星做圆周运动的周期均变大 D．双星做圆周运动的半径均增大 12.近地卫星以7.9 km/s的最大运行速度环绕地球匀速运行．其上安装了一只完好的手表走过了1 min，地面上的人认为这只表走过这1 min“实际”上花了多少时间？ 13.（2009·江苏·高考真题）强强乘速度为0.9c的飞船追赶正前方速度为0.5c的壮壮，向壮壮发出一束光联络，壮壮观测到光束的传播速度为（　　） A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c 14.（2012·上海·高考真题）某脉冲星质量为，半径为10km，自转角速度为，已知，则其表面的赤道处因相对论效应产生的质量亏损对应的能量约为（　　） A． B． C． D． 15.（2013·全国·高考真题）关于狭义相对论，下列说法正确的是（　　） A．在不同惯性系中，物理规律不同 B．真空中光速与光源运动无关 C．物体的质量与运动速度无关 D．时间间隔的测量与参考系无关 16.（2015·安徽·高考真题）接近光速飞行的飞船上，宇航员看到地面时钟与飞船时钟的快慢关系是（　　） A．地面时钟更快 B．飞船时钟更快 C．一样快 D．无法确定 17.关于物体的质量，下列说法正确的是（　　） A．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增大而增大 B．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增大而减小 C．在狭义相对论中，物体的质量随运动速度的增大而增大 D．在狭义相对论中，物体的质量随运动速度的增大而减小 18.一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度为v＝6×106 m/s.问电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 3．探索宇宙的奥秘 目录 【攻核心·技能提升】 1 一、宇宙的演化 1 二、永不停息的探索 3 【拓思维·重难突破】 5 【链高考·精准破局】 7 一、宇宙的演化 1.太阳的寿命估计为100亿年，目前已度过了约50亿年，当太阳耗尽核燃料后，最终将会演化变成（　　） A．主序星 B．白矮星 C．中子星 D．红巨星 【答案】B 【详解】太阳只是宇宙中一颗普通的恒星，寿命可达100亿年，太阳进入暮年后，会把所有的燃料都耗尽，成为一颗白矮星，最终化为另一种天体存在于宇宙中。 故选B。 2.在体积巨大、表面温度较低的红巨星形成之后，若恒星外层物质不断膨胀，将形成（　　） A．白矮星 B．超新星 C．行星状星云 D．中子星 【答案】A 【详解】红巨星一旦形成，就朝恒星的下一阶段——白矮星进发。当外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力却强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将超过一亿度，点燃氦聚变。最后的结局将在中心形成一颗白矮星。 故选A。 3.大爆炸理论认为，我们的宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸．除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙基本上是匀速膨胀的．上世纪末，对1A型超新星的观测显示，宇宙正在加速膨胀。面对这个出人意料的发现，宇宙学家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量组成，它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀，如果真是这样，则标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系，大致是的哪个图象(　　) 【答案】C 【详解】由题意知，宇宙半径R随时间t先匀速增大后加速膨胀，加速膨胀过程中R和时间平方成正比，半径随时间增大急剧增大，图象C符合。 4.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 【答案】A 【详解】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．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．“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对，B错。 5.（多选）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(　　) A．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的 B．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的 C．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的 D．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的 【答案】AD 【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)，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。 6.《流浪地球》讲述了极速衰老的太阳威胁到地球的生存环境，人类带着地球逃亡的故事．若太阳变为了红巨星，此时意味着它处于恒星的（　　） A．诞生期 B．成长期 C．存在期 D．死亡期 【答案】D 【详解】太阳的最终演化过程为：恒星→主序星→红巨星→白矮星,若太阳变为了红巨星，此时意味着它处于恒星的死亡期，故D正确ABC错误。 故选D。 二、永不停息的探索 7.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 【答案】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。 8.现代宇宙学告诉我们，恒星在演变过程中，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． 【答案】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。 9.2017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 【答案】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。 10.美国科学家于2016年2月11日宣布，他们探测到引力波的存在。引力波是实验验证爱因斯坦相对论的最后一块缺失的“拼图”。相对论在一定范围内弥补了牛顿力学的局限性。关于牛顿力学，下列说法正确的是（　　） A．牛顿力学完全适用于宏观低速运动 B．牛顿力学取得了巨大成就，是普遍适用的 C．随着物理学的发展，牛顿力学将逐渐成为过时的理论 D．由于相对论的提出，牛顿力学已经失去了它的应用价值 【答案】A 【详解】A．牛顿力学适用于低速运动的宏观物体，故 A正确； B．牛顿力学取得了巨大的成就，但它具有一定的局限性，并不是普遍适用的，故B错误； CD．在微观高速领域，要用量子力学和相对论理论来解释，但是并不会因为相对论和量子力学的出现，就否定了牛顿力学，牛顿力学作为某些条件下的特殊情形，被包括在新的科学成就之中，不会过时，不会失去价值，故C、D错误。 故选A。 11.（多选）宇宙中两个相距较近的星球可以看成双星，它们只在相互间的万有引力作用下，绕两球心连线上的某一固定点做周期相同的匀速圆周运动．根据宇宙大爆炸理论，双星间的距离在不断缓慢增加，设双星仍做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（　　） A．双星相互间的万有引力不变 B．双星做圆周运动的角速度均增大 C．双星做圆周运动的周期均变大 D．双星做圆周运动的半径均增大 【答案】CD 【详解】A．双星间的距离在不断缓慢增加，根据万有引力定律，则有 双星间的距离L在不断缓慢增加，可知万有引力减小，A错误； B．根据双星间的万有引力提供双星做圆周运动的向心力，则 双星间的距离L在不断缓慢增加，可知轨道半径都变大，F减小，角速度变小，B错误； CD．根据双星间的万有引力提供双星做圆周运动的向心力，则 可得 由以上可知，轨道半径比等于质量之反比，双星间的距离L=r1+r2变大，周期变大，故CD正确。 故选CD。 12.近地卫星以7.9 km/s的最大运行速度环绕地球匀速运行．其上安装了一只完好的手表走过了1 min，地面上的人认为这只表走过这1 min“实际”上花了多少时间？ 【答案】　(1＋3.47×10－10)min 【详解】由狭义相对论原理知卫星上测到的时间Δt′＝1 min，卫星运行的速度v＝7.9×103 m/s.所以地面上的人观测到的时间为Δt＝＝ min＝(1＋3.47×10－10)min，通过这个题目说明，即使对于人造卫星这样飞快的速度，相对论效应也是微不足道的。 13.（2009·江苏·高考真题）强强乘速度为0.9c的飞船追赶正前方速度为0.5c的壮壮，向壮壮发出一束光联络，壮壮观测到光束的传播速度为（　　） A．0.4c B．0.5c C．0.9c D．1.0c 【答案】D 【详解】依据狭义相对论的光速不变原理，真空中光速在任何惯性系中均为c，与光源和观察者的运动状态无关。 14.（2012·上海·高考真题）某脉冲星质量为，半径为10km，自转角速度为，已知，则其表面的赤道处因相对论效应产生的质量亏损对应的能量约为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】用质能方程E=mc2估算，脉冲星高速自转的动能对应质量亏损，计算得E≈1036J。 15.（2013·全国·高考真题）关于狭义相对论，下列说法正确的是（　　） A．在不同惯性系中，物理规律不同 B．真空中光速与光源运动无关 C．物体的质量与运动速度无关 D．时间间隔的测量与参考系无关 【答案】B 【详解】狭义相对论假设“物理规律在惯性系中相同”和“光速不变”，质量随速度增大而增大，时间间隔具有相对性。 16.（2015·安徽·高考真题）接近光速飞行的飞船上，宇航员看到地面时钟与飞船时钟的快慢关系是（　　） A．地面时钟更快 B．飞船时钟更快 C．一样快 D．无法确定 【答案】B 【详解】根据时间膨胀，宇航员相对飞船时钟静止（测固有时间），地面时钟相对飞船运动，故宇航员看地面时钟更慢，飞船时钟更快。 17.关于物体的质量，下列说法正确的是（　　） A．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增大而增大 B．在经典力学中，物体的质量随运动速度的增大而减小 C．在狭义相对论中，物体的质量随运动速度的增大而增大 D．在狭义相对论中，物体的质量随运动速度的增大而减小 【答案】C 【详解】由相对论质量公式可知物体的质量随速度的增大而增大；经典力学的基础是牛顿运动定律，经典力学是狭义相对论在低速（v＜＜c）条件下的近似．在狭义相对论的所有公式中，只要令v＜＜c，在数学上稍作变换，就会发现，它们将全部退化为牛顿的经典力学公式，即在经典力学中，物体的质量基本上不随运动速度的变化而变化，ABD错误，C正确；故选C。 18.一个原来静止的电子，经电压加速后，获得的速度为v＝6×106 m/s.问电子的质量增大了还是减小了？改变了百分之几？ 【答案】　增大　0.02% 【详解】根据爱因斯坦的狭义相对论m＝得出运动后的质量增大了。 m＝＝≈1.000 2m0. 所以改变的百分比为：×100%＝0.02%。 / 学科网（北京）股份有限公司 $