第十六章永恒的探索：宇宙和粒子单元练习 2026-2027学年北师大版物理九年级全一册

**基本信息** 聚焦初中物理“宇宙和粒子”单元，融合“人造太阳”“海油观澜号”等科技前沿与生活实践，覆盖物质结构、能源利用、电磁现象等核心知识，适配单元复习，强化物理观念与科学思维。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选题|10题|粒子结构、宇宙膨胀、物理学家贡献|结合沈括磁偏角等科学史，考查物理观念| |填空题|5题|原子组成、科学观点纠错、核能应用|通过“正电子”发现等情境，培养质疑创新能力| |综合题|3题|风光互补发电、浮式风电平台、家庭能耗计算|以“海油观澜号”浮力计算、能耗效率分析为载体，体现科学探究与社会责任|

第十六章永恒的探索：宇宙和粒子 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．关于粒子和宇宙，下列说法正确的是（　　） A．原子核由质子和电子构成 B．星系在远离我们而去说明宇宙在膨胀 C．“破镜难圆”说明分子间无引力 D．太阳是宇宙的中心 2．许多物理学家为人类的进步做出了巨大的贡献，下列叙述正确的是（   ） A．沈括是世界上最早记述磁偏角的人 B．奥斯特发现了电磁感应现象 C．伽利略最早通过实验研究光的色散现象 D．汤姆生提出了原子核式结构模型理论 3．我们若乘“神舟9号”到太空旅游，我们的航线将是（    ） A．太阳系——银河系——河外星系 B．银河系——太阳系——河外星系 C．河外星系——太阳系—银河系 D．银河系——河外星系——太阳系 4．2025年1月20日，我国“人造太阳”，图甲创造了“亿度千秒”的世界纪录，科学家预计5年内世界上第一盏核聚变电灯有望在中国点亮。“人造太阳”的反应过程如图乙所示。要造出能实用的“人造太阳”，需要上亿摄氏度的等离子体、超过千秒的连续运行时间和1MA的等离子体电流，挑战极大。装置中的超导电缆具有电阻为零的特点，进而使强电流形成强磁场，将极高温等离子状态的物质约束在环形容器里。下列有关说法正确的是（　　） A．强电流可以形成强磁场，这是利用了电流的磁效应 B．超导电缆中有强电流通过时会产生热量 C．由图乙可知，“人造太阳”是利用核裂变获得核能 D．利用“人造太阳”产生的电能可以自发转化为核能 5．赵忠尧是我国杰出物理学家，在1930年第一次发现了“正电子”的存在，是人类物理学史上第一位发现反物质的科学家。已知“正电子”带正电荷，质量、体积和电子相当，是电子的反粒子。下列微粒中空间尺度最大的是（    ） A．中子 B．分子 C．原子核 D．正电子 6．请欣赏下列诗句，不能说明分子在不停地做无规则运动的是（   ） A．水晶帘动微风起，满架蔷薇一院香 B．宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来 C．人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开 D．花气袭人知骤暖，鹊声穿树喜新晴 7．近年，我国在能源、信息和材料等领域取得了辉煌成就。下面关于能源、信息和材料的说法，正确的是（　　） A．2025年是太阳黑子活动的又一个峰年，太阳内部发生的主要是氢核的裂变 B．四川是我国水力发电量最多的省份，水电站中的发电机是利用电磁感应的原理发电的 C．“祖冲之号”是我国量子计算机的原型，量子计算机中的二极管是由超导体制成的 D．我国在南海开采的可燃冰属于可再生能源 8．关于光能的利用，下列说法错误的是（　　） A．绿色植物将光能转化为化学能 B．太阳能热水器将光能转化为内能 C．太阳能电池将光能转化为化学能 D．太阳能路灯将光能转化为电能 9．人类从未停止对宇宙的探索，下列说法中正确的是（    ） A．宇宙中天体在不停地运动，其中地球是宇宙真正的中心 B．我们认识到，宇宙是一个没有层次的天体结构系统 C．现代观测发现，离我们越远的星系，远离的速度就越快，由此推断宇宙是不断膨胀的 D．太阳是银河系中数以亿计的恒星中的一颗普通恒星，恒星的位置是固定不变的 10．下列说法正确的有（　　） ①太空中需要3颗地球同步卫星才能几乎实现全球卫星通信； ②微波炉是应用电流的热效应来工作的； ③电磁波能够在真空中传播，而声音不能在真空中传播； ④能量的转移与转化具有方向性，因此要注意节约能源； ⑤随着科学技术的快速发展，我国已建立了利用核聚变发电的核电站； ⑥“5G”移动通信技术中的5G芯片是由超导体材料制成的，铜是磁性材料可以被磁化。 A．①③④ B．①③⑤ C．①④⑥ D．②③④ 二、填空题 11．原子是由原子核和核外_______组成，原子核是由带正电的_______和不带电的_______组成。 12．在物理学中，一个结论的得出往往需要经过多个层面的验证和论证，以确保其科学性和实用性。在探索过程中，有一些科学家提出了一些错误或不完全正确的观点，这些观点随着科学的发展逐渐被修正或取代。请你参照示例，列举一个错误或不完全正确的观点，并通过实例进行反驳，写出正确观点。 【示例】错误观点：太阳是宇宙的中心。 反驳的原因及正确观点：宇宙是不断膨胀的，处于不断的变形之中，因此不存在宇宙中心的说法，太阳是太阳系的中心。 错误观点：______； 反驳的原因及正确观点：______。 13．核潜艇的动力来源于核反应堆中发生的核______变获得的核能；如图所示，一艘核潜艇悬浮在A处，此时指挥台顶部距离海平面深度为100m、面积为2000cm2的观察窗受到海水的压力为________N；若某段时间内，潜艇沿着OP水平直线方向从低密度海水区域匀速潜入高密度海水区域，则在B点的动能________（选填“大于”、“小于”或“等于”）在C点的动能。（低密度海水密度取） 14．2024年3月，纯电汽车小米SU7发布。 (1)纯电动汽车通过电池提供动力，电能属于______（选填“一”或“二”）次能源。它比燃油汽车噪声小，这是在______（选填“声源处”或“人耳处”）减弱噪声。 (2)车辆使用锂电池，充电时要将外壳与地线保持良好接触，否则充不了电，这是为了防止______（选填“触电”或“漏电”）。车辆采用电能约100kW·h超大电池，最长续航超过700km。车主快充30分钟将电量从10%充至80%后出门，车主出门后以80km/h行车时，每百公里耗电量16kW·h/100km，该纯电动汽车将电能转化为机械能的效率为80%，此时车辆最长可行驶______km。快充时的充电功率为______kW。 (3)行驶的汽车紧急刹车时，车轮与地面之间主要是______（选填“滑动”或“滚动”）摩擦，汽车的方向盘相当于______（选填“省力”“费力”或“等臂”）杠杆。 15．实验物理学的先驱______率先利用望远镜观察天体运行支持了哥白尼的日心说，如图，今日中国天眼利用其强大的______（选填“电磁波”或“超声波”）探测能力使人类真正迈向了太阳系以外的浩瀚宇宙。 三、综合题 16．风光互补发电系统是一种将太阳能和风能转化为电能的装置，该系统无空气污染、无噪音、不产生废弃物，是一种自然、清洁的能源。该系统已经在路灯，野外作业的渔船，山区牧民家等大规模普及。李叔叔的渔船上安装了“风光互补发电”装置，利用太阳能电池板和风力发电机发电，以节省燃油，此装置由风力发电机、太阳能电池板、充电器、蓄电池等组成。 (1)“风光互补发电”装置的发电功率为500W，正常工作2h可产生多少电能？ (2)如图1所示是不同发电方式的排放量，若在100艘渔船上安装这套“风光互补发电”装置，则与燃油发电相比，利用风能正常发电8h至少减少排放多少千克？ (3)如图2所示是某公司开发生产的“风光互补路灯”，该路灯只需要晒晒太阳吹吹风就能工作，它在有阳光时通过太阳能电池板发电，有风时通过风力发电机发电，二者皆备时同时发电，并将电能输至蓄电池储存起来，供路灯照明使用。为了能使蓄电池的使用寿命更为长久，一般充电至90%左右即停止，放电剩余20%左右即停止电能输出。下表为该型号风光互补路灯系统配置方案。则： 风力发电机 太阳能电池组件 最小启动风速 1.0m/s 太阳能电池 36W 最小充电风速 2.0m/s 太阳能转换效率 15% 最大限制风速 12.0m/s 蓄电池 500Ah-12V 最大输出功率 400W 大功率LED路灯 80W-12V ①当风速为6.0m/s时，风力发电机的输出功率将变为50W，在这种情况下，将蓄电池的电量由20%充至90%需要多长时间？ ②如果当地垂直于太阳光的平面而得到的太阳辐射最大强度约为，要想太阳能电池的最大功率达到36W，太阳能电池板的面积至少要多大？ 17．“海油观澜号”是全球首座水深超、离岸距离超的“双百”海上浮式风电平台，装机容量7.25兆瓦，可在水中漂浮并捕捉风能发电。“海油观澜号”由浮式基础和风机设备组成，其中浮式基础质量为4000t，总体呈三角形结构，包括3个边立柱和1个中间立柱，这4根立柱均为圆柱体（不计立柱之间的连结结构）；浮式基础上方是质量为5000的风机设备。（海水密度取） （1）风能属于__________（选填“可”或“不可”）再生能源； （2）浮式基础完成总装后，在拖船的协助下运至码头进行安装风机等一体化集成作业，若拖船以的功率、的航速匀速直线航行，则拖船匀速直线航行时受到的阻力为__________N； （3）到达码头后，将进行一体化集成作业。风机设备的叶轮由三个叶片组成，每个叶片长为，质量为。在安装其中一个叶片时，通过钢索将两台吊车的挂钩分别固定在叶片的位置，如图乙所示。若叶片重心在点，要使叶片在水平位置平衡，求位置的挂钩提供的拉力比位置挂钩提供的拉力大__________N； （4）当只有“海油观澜号”浮式基础漂浮在海面时，浮式基础吃水深度为8米，在浮式基础上方安装完质量为5000t的风机设备后，“海油观澜号”在码头启航，前往某海域，如图丙所示，为了保证稳定和安全航行，还需要在浮式基础内部注入海水压载，使整个平台下降，全过程浮式基础未全部浸没。浮式基础内部注入海水压载后，“海油观澜号”吃水深度变为22米，求浮式基础内部注入海水质量是__________吨。 18．小明家在陕北，冬季气温较低，能量消耗较高，小明统计了家中一个冬天采暖和做饭的能耗，如下表所示。（天然气的热值为） 能源用途 采暖 做饭 能源名称 天然气 天然气 电 消耗量     2000m3 300m3 500kW·h (1)天然气属于______（选填“可再生”或“不可再生”）能源。 (2)已知小明家中做饭用的电器加热效率为90%，天然气灶的热效率为60%，若完全用天然气灶替代电器，则一个冬天需要多消耗天然气的体积是多少？ (3)如图是供暖系统的能量流向图，为了保持冬季室内的温度恒定，壁挂炉需长时间处于工作状态；小明查阅资料了解到，采暖系统产生的热量主要通过窗户和墙壁散失到外界空气中，为了降低采暖能量损耗，小明建议改造家中的墙壁，改造后使家中的平均传热率（N）由2W/（m2·℃）降至1.65W/（m2·℃）（传热率指每平方米的窗户和墙壁向外传热的功率与室内外温差的比值）。已知家中墙壁和窗户与外界冷空气接触的总面积为200m2，冬季室内外平均温差保持30℃不变。 ①相比于改造前，冬季室内每小时向外传递的热量减少了多少？ ②已知壁挂炉每小时流出水的质量为450kg，在回水温度不变的情况下，出水温度相较于改造前降低了多少℃？[假设管道中水放出的热量全部被房间吸收，水的比热容] 学科网（北京）股份有限公司 《第十六章永恒的探索：宇宙和粒子》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B A A A B C B C C A 1．B 【详解】A．原子核由质子和中子组成，核外电子在核外轨道上运动。故A错误； B．二十世纪二十年代，天文学家哈勃利用仪器观察星系发出的光，发现星系的光谱向长波方向偏移，称之为谱线“红移”，此现象说明星系在远离我们而去，并推断出整个宇宙在不断的膨胀中。故B正确； C．破镜难圆主要是因为玻璃的物理性质和破碎后的形状不规则，与分子间的斥力无关。故C错误； D．太阳是太阳系的中心，而不是宇宙的中心。宇宙没有明确的中心。故D错误。 故选B。 2．A 【详解】A．地理的南北两极与地磁的南北两极并不重合，我国宋代学者沈括在《梦溪笔谈》中最早记述磁偏角现象，故A正确； B．奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，故B错误； C．牛顿最早通过实验发现了光的色散现象，他将太阳光通过三棱镜，分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，证明了太阳光是复色光，故C错误； D．汤姆生通过研究阴极射线，发现了电子，提出了“葡萄干布丁模型”；而原子核式结构模型是由卢瑟福通过粒子散射实验提出的，故D错误。 故选A。 3．A 【分析】根据题目对于天体系统从属关系的提问可知，本小题是考察天体系统的基础题目，根据出各种天体系统的从属关系进行求解． 【详解】在所有的天体系统中，天体系统中最高一级的天体系统为宇宙，其次是总星系，比总星系低一级的天体系统为银河系和河外星系；比银河系低一级的天体系统为太阳系，所以我们若乘“神舟9号”到太空旅游，我们的航线将是：太阳系——银河系——河外星系，故选A． 4．A 【详解】A．强电流可以形成强磁场，这是利用了电流的磁效应，故A正确； B．超导电缆的电阻为零，有强电流通过时不会产生热量，故B错误； C．由图乙可知，“人造太阳”是利用核聚变获得核能，故C错误； D．能量的转化和转移具有方向性，利用“人造太阳”产生的电能不可以自发转化为核能，故D错误。 故选A。 5．B 【详解】物体是由分子构成的，分子是由原子构成的，原子由原子核和核外电子组成，原子核包括质子和中子两部分；电子比质子小，“正电子”带正电荷，质量、体积和电子相当，故尺度最大的是分子，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 6．C 【详解】A．“满架蔷薇一院香”指蔷薇花的香味扩散到整个院子，是蔷薇花香分子在空气中做无规则运动的结果，能说明分子无规则运动，故A不符合题意； B．“梅花香自苦寒来”指梅花的香味能被感知，是梅花香味分子无规则运动扩散的表现，能说明分子无规则运动，故B不符合题意； C．诗句描述的是 “山下四月花已谢，山上寺庙旁的桃花才刚开放”，差异原因是海拔越高，温度越低（地形影响气温），导致桃花开放时间不同，与“分子无规则运动”无关，故C符合题意； D．“花气袭人”指花香分子扩散到人周围，能被人闻到；“知骤暖”是因为温度升高时，分子无规则运动更剧烈，香味扩散更快，能说明分子无规则运动，故D不符合题意。 故选C。 7．B 【详解】A．太阳内部每时每刻都在发生着氢核的聚变，释放出巨大的能量，故A错误； B．发电机是利用电磁感应的原理制成的，电动机是利用通电导体在磁场中受力转动的原理制成的，故B正确； C．二极管具有单向导电性，量子计算机中的二极管是由半导体制成的，故C错误； D．可燃冰属于化石能源，在开发利用后不能在短时间内从自然界得到补充，属于不可再生能源，故D错误。 故选B。 8．C 【详解】A．绿色植物的光合作用是将太阳的光能转化为生物体内的化学能，故A正确，不符合题意； B．太阳能热水器吸收太阳能，使水的温度升高、内能增加，实现了光能到内能的转化，故B正确，不符合题意； C．太阳能电池消耗了太阳能，产生了电能，故是将太阳能转化为电能的过程，故C错误，符合题意； D．太阳能路灯利用其顶部的太阳能电池板将光能转化为电能，为自身供电，故D正确，不符合题意。 故选C。 9．C 【详解】A．宇宙中的天体都在不停地运动，不存在宇宙的中心。地心说认为地球是宇宙的中心，但早已被证明是错误的。现代科学表明宇宙是没有中心的，故A错误； B．宇宙是有层次的天体结构系统，比如地月系是太阳系的一部分，太阳系又是银河系的一部分等，故B错误； C．现代观测发现，离我们越远的星系，远离的速度就越快，这就是哈勃定律，由此可以推断宇宙是不断膨胀的，故C正确； D．太阳是银河系中数以亿计的恒星中的一颗普通恒星，恒星也在不断地运动，并非位置固定不变，故D错误。 故选C。 10．A 【详解】①由于超短波的性质更接近于光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射，同时在传输过程中信号存在衰减等。因此，人们用通信卫星作中继站。目前，用3颗同步卫星就可以覆盖全球，故①正确； ②微波炉就是用微波来煮饭烧菜的。微波是一种电磁波，即微波炉是应用电磁波工作，故②错误； ③光和电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，声音的传播需要介质，声音不能在真空中传播，故③正确； ④能量的转移与转化具有方向性，有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约资源，故④正确； ⑤目前已建成的核电站的能量来自于重核的裂变，而不是轻核聚变，故⑤错误； ⑥5G芯片是由半导体材料制成的，铜不是磁性材料，不可以被磁化，故⑥错误。 综上所述，正确的是①③④。 故选A。 11． 电子 质子 中子 【详解】[1][2][3]原子是由位于中心的原子核和核外电子组成的，原子核带正电，电子带负电；原子核又是由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。 12． 力是维持物体运动的原因 一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态，因此力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动的原因 【详解】[1][2]错误观点：力是维持物体运动的原因。 反驳的原因及正确观点：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态，因此力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动的原因。 错误观点：低音传播速度比高音慢。 反驳的原因及正确观点：声速的大小跟介质的种类、介质的温度有关，与声音的频率无关，因此低音与高音在同种介质环境中的传播速度是相同的。 错误观点：土、水类的重物质向下落，是由于每个物体都有回归其天然所处的趋势。 反驳的原因及正确观点：地球表面附近的物体由于地球的吸引会受到竖直向下的重力，因此重物下落是由于受到重力的作用。 13． 裂 小于 【详解】[1]核潜艇的动力来源与核电站的能源来源相同，都来自于核裂变。 [2]观察窗所受的压强 观察窗受到的压力 [3]潜艇浸没在海水中，排开海水的体积在B和C点的相同，而B的海水密度比C点的小，据阿基米德原理知，B点潜艇所受的浮力比C点的小，则潜艇在B点的重力比C点的小，质量比C点的小，两点的速度相同时，B点的动能小于C点的动能。 14．(1) 二 声源处 (2) 触电 400 140 (3) 滑动 省力 【详解】（1）[1]生活中的电能需要消耗一次能源才能获取，属于二次能源。 [2]纯电动汽车比燃油汽车噪声小，属于在声源处减弱噪声。 （2）[1]充电时外壳接地是为了防止外壳带电导致人体触电，保障安全。 [2]充电后可用总电能 转化效率为80%，实际可用于行驶的电能为 每百公里耗电16kW·h，可行驶距离为 [3]充电量为70kW·h，充电时间，快充时的充电功率为 （3）[1]紧急刹车时，车轮被抱死，与地面发生相对滑动，因此主要是滑动摩擦。 [2]方向盘是一个轮轴装置，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆。 15． 伽利略 电磁波 【详解】[1] 率先用望远镜观察天空，由此得到了关于天体运行的结果，有力地支持了哥白尼的日心说的科学家是伽利略。 [2] 声音不能在真空中传播，电磁波可以。如图，今日中国天眼利用其强大的电磁波探测能力使人类真正迈向了太阳系以外的浩瀚宇宙。 16．(1) (2)156kg (3)84h；1m2 【详解】（1）由题意得，发电功率，工作时间，可产生电能 （2）100艘渔船风力发电8h的总电能 如图1所示，燃油发电排放系数，风力发电排放系数，减少的排放质量 （3）①由表格得，蓄电池额定电压，容量 蓄电池总储存电能 将电量由20%充至90%，需要充入的电能 此时风力发电机输出功率，所以需要时间 ②如果当地垂直于太阳光的平面而得到的太阳辐射最大强度约为，太阳能电池板的面积为S，则太阳辐射总功率 若想太阳能电池的最大功率达到，由题意可知，太阳能转换效率 解得，则太阳能电池板的面积至少为。 17． 可 3×106 1.875×105 2000 【详解】（1）[1]风能可以短时间内从自然界中源源不断了得到，所以属于可再生能源。 （2）[2]拖船以2.0×104kW的功率、24km/h的航速匀速直线航行，则牵引力大小 拖船做匀速直线运动，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，所以拖船匀速直线航行时受到的阻力为3×106N。 （3）[3]受力分析如图所示： 由图知以A为支点，竖直向下的重力为阻力、竖直向上的拉力为动力，根据F×LAC=G×LAB 解得C位置的挂钩提供的拉力是 （4）[4]“海油观澜号”处于漂浮状态，受到的浮力等于重力，即 排开海水的体积 排开水的深度 解得，当只有“海油观澜号”浮式基础漂浮在海面时，浮式基础吃水深度为8米，浮式基础内部注入海水压载后，“海油观澜号”吃水深度变为22米，注入海水后“海油观澜号”吃水深度变化了Δh=22m-8m=14m 注入海水后，浮力变大，增大的浮力等于增大的重力，即 则增大的质量 因风机设备质量为5000t，故注入海水质量m2=Δm-m1=7000t-5000t=2000t 18．(1)不可再生 (2)67.5m3 (3)，4℃ 【详解】（1）天然气是经过漫长地质年代形成的，在短期内不能再生，属于不可再生能源。 （2）用电器做饭消耗的电能为 由，可得用电器产生的热量为 由，可得天然气灶提供这些有用热量需要的天然气完全燃烧放出的热量为 由，可得需要消耗天然气的体积为 （3）①改造前，根据传热率，可得传热功率 改造后，同理可得传热功率 每小时向外传递的热量减少量为 ②因为管道中水放出的热量全部被房间吸收，所以水放出的热量减少量等于房间吸收热量的减少量，即。由，可得出水温度相较于改造前降低的温度为 学科网（北京）股份有限公司 $