《第三节 宇宙起源和演化》（同步训练）高中物理必修 第二册-粤教版-2024-2025学年

《第三节宇宙起源和演化》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、关于宇宙的起源，以下哪个理论是目前科学界普遍接受的观点？A、大爆炸理论B、多重宇宙论C、稳态宇宙论D、宇宙永恒论2、在宇宙演化的早期阶段，哪种现象标志着宇宙的温度和密度达到了能够形成原子的水平？A、重子自由散射B、光合作用C、行星形成D、星系合并3、关于宇宙的起源，以下哪种理论是主流观点？（）A、大爆炸理论B、稳态宇宙模型C、宇宙膨胀模型D、黑洞起源理论4、在宇宙大爆炸理论中，宇宙从一个极度热密的奇点开始膨胀，以下哪个现象与这一过程密切相关？（）A、黑洞的形成B、恒星的演化C、星系的分布D、宇宙微波背景辐射5、宇宙大爆炸理论认为，宇宙起源于约138亿年前的一个极其高温、高密度的状态。这个状态被称为：A、原初黑洞B、原初火球C、奇点D、暗物质6、在宇宙的演化过程中，量子涨落理论指出，在宇宙微波背景辐射中可以观察到：A、恒星的形成B、星系的形成C、黑洞的形成D、微小的温度波动7、关于大爆炸理论的宇宙起源描述，以下哪项是正确的？A.宇宙起源于一个“奇点”，自那时以来一直在不断膨胀。B.宇宙是在一段有限的时间内形成的，并且会无限地膨胀下去。C.宇宙是由于一种力量从无逐渐产生的，但是在某一时刻突然停下来了。D.宇宙起源于一个由许多不同的点逐个形成的，每个点都有自己的演化历史。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下关于宇宙起源和演化的描述中，正确的是（）A、宇宙起源于一个“奇点”，随后经历大爆炸，温度和密度急剧升高B、宇宙的演化过程中，物质分布不均匀导致了星系的形成C、宇宙微波背景辐射的发现是支持大爆炸理论的重要证据D、暗物质和暗能量的存在是目前宇宙学中尚未完全解释的现象E、宇宙的膨胀速度在逐渐减慢2、关于宇宙大爆炸理论，以下说法正确的是（）A、大爆炸理论认为宇宙是从一个“奇点”膨胀而来的B、大爆炸理论预言了宇宙微波背景辐射的存在C、大爆炸理论认为宇宙的年龄约为137亿年D、大爆炸理论预测了宇宙中存在大量的暗物质E、大爆炸理论认为宇宙是无限的3、关于宇宙起源和演化，下列说法正确的是（）。A.大爆炸理论认为宇宙是从一个极其高温、高密度的初始状态爆炸而来。B.宇宙的背景辐射是大爆炸后约380000年时，随着宇宙膨胀冷却，电子和质子重新结合形成氢原子，产生的光子。C.星系的红移现象表明宇宙在膨胀。D.暗能量是构成宇宙大部分质量能量的一种形式，它具有负压强，推动宇宙加速膨胀。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题阅读下列关于宇宙起源和演化的信息，回答问题。某天文学家观察到一颗遥远星系的光谱，发现该星系的光谱中某些波长出现了红移。以下是关于这一现象的几种解释：A.该星系正在远离我们，其光谱中的波长发生红移是由于多普勒效应。B.该星系的光谱波长红移是由于宇宙背景辐射的干涉。C.该星系的光谱波长红移是由于该星系内部物质发出的辐射被大气吸收。D.该星系的光谱波长红移与宇宙起源和演化无关。1.请考查上述四种解释，选出能解释观测到遥远星系光谱红移的正确选项。2.简述红移现象对理解宇宙起源和演化的重要意义。第二题题目：以下关于宇宙大爆炸理论的描述，正确的是（）A.宇宙起源于一个“奇点”，之后经历了爆炸式的膨胀过程B.宇宙大爆炸理论是宇宙演化过程中的一个阶段，不是宇宙起源的理论C.宇宙大爆炸理论是现代物理学的基石之一，但其具体机制尚未完全明确D.宇宙大爆炸理论认为宇宙起源于一个“奇点”，但该“奇点”之后发生了收缩第三题题目：根据大爆炸理论，宇宙在大约138亿年前从一个极热、极密的状态开始膨胀并冷却，形成了今天我们所见的宇宙。请回答以下问题：1.描述大爆炸理论的基本观点，并简要说明它是如何解释宇宙背景辐射存在的。2.解释红移现象及其与宇宙膨胀的关系。3.假设某星系发出的光谱线在地球上观测到的位置比其在实验室中的位置向长波方向移动了0.05个单位（即红移值z=0.05），如果该星系发出的光谱线在实验室中的波长为600纳米，那么它在地球上的观测波长是多少？这表明该星系正在远离我们吗？第四题题目：假设一个星系中的星体A和星体B相距200万光年，根据哈勃定律，如果星体B以每年3万公里的速度远离星系中心，求星系中心的宇宙膨胀速度。第五题题目：某科研小组在对宇宙的演化进行研究时，提出了一个假设：宇宙中的物质是在大爆炸后开始大量聚集形成星系和恒星，而其中一部分恒星在经过长时间的演化后会变成白矮星、中子星或黑洞。该小组设计了一个模型来模拟这一过程，并通过观察在宇宙中发现的一些白矮星来验证这个假设。根据以下信息，回答问题：1.如果一个正常恒星耗尽了其核心的核燃料并开始膨胀成红巨星，它接下来会经历哪些变化，最终可能形成哪种类型的天体？为什么？2.科研小组发现某颗白矮星的光度仅相当于太阳的1/1000，且其质量是相当于0.6倍太阳质量。如果按照当前观测得到的数据，说明这颗白矮星可能属于哪种类型的白矮星？请解释你的理由。3.科研小组还发现了一些中子星，其中一颗的自转周期为0.001秒。基于这一观测，你能得出关于中子星哪些物理特性的信息？请具体说明。请根据上述背景信息和已知数据，解答这三部分问题。《第三节宇宙起源和演化》同步训练及答案解析一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、关于宇宙的起源，以下哪个理论是目前科学界普遍接受的观点？A、大爆炸理论B、多重宇宙论C、稳态宇宙论D、宇宙永恒论答案：A解析：大爆炸理论是当前科学界普遍接受的观点，它认为宇宙始于大约138亿年前的一次极端的高温和密度状态，随后开始膨胀。2、在宇宙演化的早期阶段，哪种现象标志着宇宙的温度和密度达到了能够形成原子的水平？A、重子自由散射B、光合作用C、行星形成D、星系合并答案：A解析：在宇宙演化的早期阶段，大约在大爆炸后的300,000年左右，宇宙的温度和密度降至足够低的程度，允许质子和中子结合形成原子核，这一现象被称为重子自由散射。这标志着宇宙从一个由自由粒子组成的等离子体状态转变到了由原子组成的物质状态。3、关于宇宙的起源，以下哪种理论是主流观点？（）A、大爆炸理论B、稳态宇宙模型C、宇宙膨胀模型D、黑洞起源理论答案：A解析：大爆炸理论是目前宇宙学中最为广泛接受的宇宙起源理论，认为宇宙起源于约138亿年前的一个极度热密的奇点，经过爆炸式的膨胀形成了现在的宇宙。4、在宇宙大爆炸理论中，宇宙从一个极度热密的奇点开始膨胀，以下哪个现象与这一过程密切相关？（）A、黑洞的形成B、恒星的演化C、星系的分布D、宇宙微波背景辐射答案：D解析：宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸理论的重要证据之一。在大爆炸之后，宇宙迅速膨胀冷却，直到温度降至一定程度，辐射开始以微波的形式遍布整个宇宙。这些辐射至今仍然存在，并且被科学家们观测到，证实了宇宙大爆炸理论。5、宇宙大爆炸理论认为，宇宙起源于约138亿年前的一个极其高温、高密度的状态。这个状态被称为：A、原初黑洞B、原初火球C、奇点D、暗物质答案：C解析：宇宙大爆炸理论是目前广泛接受的宇宙起源理论之一。该理论认为，宇宙起源于一个极其高温、高密度的奇点。奇点是物理学中的一个概念，表示在某个时刻或条件下，物理学规律不适用的状态。宇宙在奇点之后迅速膨胀，温度和密度迅速下降，逐渐形成了今天我们所见的宇宙结构。6、在宇宙的演化过程中，量子涨落理论指出，在宇宙微波背景辐射中可以观察到：A、恒星的形成B、星系的形成C、黑洞的形成D、微小的温度波动答案：D解析：量子涨落理论是在宇宙早期提出的一个重要观点，它指出，在宇宙早期的极端条件下，由于量子效应的存在，空间中会出现微小的密度波动。这些微小的密度波动后来通过引力作用演化成了我们今天看到的星系和大尺度结构。在宇宙微波背景辐射（CMB）中，科学家们确实观测到了这些微小的温度波动，这为宇宙从量子涨落到现在的星系演化提供了重要证据。7、关于大爆炸理论的宇宙起源描述，以下哪项是正确的？A.宇宙起源于一个“奇点”，自那时以来一直在不断膨胀。B.宇宙是在一段有限的时间内形成的，并且会无限地膨胀下去。C.宇宙是由于一种力量从无逐渐产生的，但是在某一时刻突然停下来了。D.宇宙起源于一个由许多不同的点逐个形成的，每个点都有自己的演化历史。答案：A解析：大爆炸理论认为，宇宙起源于大约138亿年前的一个“奇点”，在那一点所有的物质和空间都浓缩在一起。在此之后，宇宙开始膨胀，这也是我们观察到的宇宙无限宽广的原因。因此，选项A是正确的描述。选项B和C的表述均与大爆炸理论的预测不符。选项D则错误地假设了多个独立起源，而大爆炸理论是一个整体膨胀的故事。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下关于宇宙起源和演化的描述中，正确的是（）A、宇宙起源于一个“奇点”，随后经历大爆炸，温度和密度急剧升高B、宇宙的演化过程中，物质分布不均匀导致了星系的形成C、宇宙微波背景辐射的发现是支持大爆炸理论的重要证据D、暗物质和暗能量的存在是目前宇宙学中尚未完全解释的现象E、宇宙的膨胀速度在逐渐减慢答案：ABCD解析：选项A描述了宇宙大爆炸理论的基本观点，即宇宙从一个极度热密的“奇点”开始膨胀。选项B提到了宇宙演化过程中物质分布不均匀导致星系形成的过程，这是正确的。选项C指出宇宙微波背景辐射是支持大爆炸理论的重要证据，这也是正确的。选项D提到暗物质和暗能量是尚未完全解释的现象，这也是当前宇宙学中的研究热点。选项E错误，因为观测表明宇宙的膨胀速度实际上在加快，而不是减慢。因此，正确答案是ABCD。2、关于宇宙大爆炸理论，以下说法正确的是（）A、大爆炸理论认为宇宙是从一个“奇点”膨胀而来的B、大爆炸理论预言了宇宙微波背景辐射的存在C、大爆炸理论认为宇宙的年龄约为137亿年D、大爆炸理论预测了宇宙中存在大量的暗物质E、大爆炸理论认为宇宙是无限的答案：ABCD解析：选项A正确，大爆炸理论确实认为宇宙起源于一个“奇点”。选项B正确，大爆炸理论预言了宇宙微波背景辐射的存在，这一预言后来得到了实验验证。选项C正确，根据大爆炸理论，宇宙的年龄大约是137亿年。选项D正确，大爆炸理论预测了宇宙中存在大量的暗物质，以解释星系旋转速度和宇宙膨胀速度等现象。选项E错误，大爆炸理论并不认为宇宙是无限的，而是认为宇宙有一个起始点，尽管它可能没有边界。因此，正确答案是ABCD。3、关于宇宙起源和演化，下列说法正确的是（）。A.大爆炸理论认为宇宙是从一个极其高温、高密度的初始状态爆炸而来。B.宇宙的背景辐射是大爆炸后约380000年时，随着宇宙膨胀冷却，电子和质子重新结合形成氢原子，产生的光子。C.星系的红移现象表明宇宙在膨胀。D.暗能量是构成宇宙大部分质量能量的一种形式，它具有负压强，推动宇宙加速膨胀。答案：A、B、C、D。解析：本题考查宇宙起源和演化的基本知识。A正确。大爆炸理论是目前最为主流的宇宙起源理论，认为宇宙是从一个极其高温、高密度的初始状态爆炸而来，随后经历了一次快速膨胀，最终形成了我们现在所见到的宇宙。B正确。宇宙背景辐射是在大爆炸后约380000年时形成的，随着宇宙的膨胀和冷却，自由电子与原子核重新结合成中性原子，此时光子被束缚并释放出来，形成了我们今天观测到的宇宙微波背景辐射。C正确。星系的红移现象是指由于宇宙膨胀，远离我们的星系的光谱会发生红移，说明这些星系正在远离我们，从而间接证实了宇宙在膨胀。D正确。暗能量是假定在宇宙中广泛存在的形式之一，它与宇宙学常数相关联。暗能量具有负压强，这种特性使得其对宇宙的加速膨胀起到了驱动作用。这些说法都是当前科学界对于宇宙起源和演化的主流认识，因此全都正确。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题阅读下列关于宇宙起源和演化的信息，回答问题。某天文学家观察到一颗遥远星系的光谱，发现该星系的光谱中某些波长出现了红移。以下是关于这一现象的几种解释：A.该星系正在远离我们，其光谱中的波长发生红移是由于多普勒效应。B.该星系的光谱波长红移是由于宇宙背景辐射的干涉。C.该星系的光谱波长红移是由于该星系内部物质发出的辐射被大气吸收。D.该星系的光谱波长红移与宇宙起源和演化无关。1.请考查上述四种解释，选出能解释观测到遥远星系光谱红移的正确选项。2.简述红移现象对理解宇宙起源和演化的重要意义。答案：1.正确选项：A解析：红移现象是宇宙学研究中的一个重要物理现象，指的是星系或者天体光谱中的某些波长向红色端发生偏移。根据多普勒效应，当光源远离观察者时，其光谱将出现红移。因此，选项A正确解释了观测到遥远星系光谱红移的原因。选项B错误，因为宇宙背景辐射的干涉不会导致光谱红移；选项C错误，因为大气吸收不会引起整个星系光谱的红移；选项D错误，因为红移现象与宇宙起源和演化密切相关。2.红移现象对理解宇宙起源和演化具有重要意义。首先，红移现象揭示了宇宙的膨胀。根据哈勃定律，星系的红移与其距离成正比，意味着宇宙正在不断膨胀。这一发现是广义相对论的宇宙学模型的重要依据。其次，红移现象帮助科学家们理解了宇宙的演化历程。利用红移现象，可以测量遥远星系的年龄，进而推断出宇宙的年龄。此外，通过研究不同波长的红移，可以了解宇宙早期的高能物理过程，如宇宙大爆炸、宇宙微波背景辐射等。综上所述，红移现象是宇宙学研究中的一个重要物理现象，对于理解宇宙起源和演化具有重要的指导意义。第二题题目：以下关于宇宙大爆炸理论的描述，正确的是（）A.宇宙起源于一个“奇点”，之后经历了爆炸式的膨胀过程B.宇宙大爆炸理论是宇宙演化过程中的一个阶段，不是宇宙起源的理论C.宇宙大爆炸理论是现代物理学的基石之一，但其具体机制尚未完全明确D.宇宙大爆炸理论认为宇宙起源于一个“奇点”，但该“奇点”之后发生了收缩答案：A、C解析：A选项正确。根据宇宙大爆炸理论，宇宙起源于一个极度高温、高密度的“奇点”，随后经历了爆炸式的膨胀过程，形成了今天我们所看到的宇宙。C选项正确。宇宙大爆炸理论是现代物理学的重要基石之一，通过观测宇宙微波背景辐射、宇宙膨胀速度等证据，得到了广泛的认可。然而，关于宇宙大爆炸的具体机制，如“奇点”的本质、宇宙膨胀的原因等，目前尚未完全明确。B选项错误。宇宙大爆炸理论不仅解释了宇宙起源，还涉及宇宙的演化过程，因此是宇宙起源和演化理论的一部分。D选项错误。宇宙大爆炸理论认为宇宙起源于一个“奇点”，之后经历了爆炸式的膨胀过程，而非收缩。第三题题目：根据大爆炸理论，宇宙在大约138亿年前从一个极热、极密的状态开始膨胀并冷却，形成了今天我们所见的宇宙。请回答以下问题：1.描述大爆炸理论的基本观点，并简要说明它是如何解释宇宙背景辐射存在的。2.解释红移现象及其与宇宙膨胀的关系。3.假设某星系发出的光谱线在地球上观测到的位置比其在实验室中的位置向长波方向移动了0.05个单位（即红移值z=0.05），如果该星系发出的光谱线在实验室中的波长为600纳米，那么它在地球上的观测波长是多少？这表明该星系正在远离我们吗？答案：1.大爆炸理论认为，宇宙起源于大约138亿年前的一个非常密集且高温的状态，这个初始状态被称为奇点。从那时起，宇宙开始不断膨胀和冷却，物质逐渐形成原子核、原子以及分子等更复杂的结构。最终，这些物质聚集成恒星、行星和星系。宇宙背景辐射的存在是大爆炸理论的一个重要证据，它被认为是宇宙早期极热状态遗留下来的辐射。随着宇宙的膨胀，这种辐射也逐渐冷却，形成了现在可以观测到的微波背景辐射。2.红移是指来自遥远天体的光线在到达观察者时波长变长的现象。这是由于宇宙的膨胀导致空间本身也在伸展，从而使得光波在传播过程中被拉长。因此，距离我们越远的星系，它们远离我们的速度就越快，所发出的光线的红移也就越大。这种现象支持了宇宙膨胀的观点，即宇宙正在不断地扩大。3.使用公式计算地球上的观测波长：λ其中z=0.05，λlab=600纳米，则这表明该星系发出的光在到达地球时发生了红移，波长变长至630纳米。这一现象符合宇宙膨胀理论，说明该星系正远离我们。解析：对于第一问，回答时重点在于概述大爆炸理论的核心概念——宇宙起源于一个高密度、高温的状态，并随着时间的推移而膨胀和冷却。同时，强调宇宙背景辐射作为这一理论的关键证据，它代表了宇宙早期条件下的遗留辐射，随着宇宙的膨胀，这些辐射的波长也被拉长，最终成为了今天我们可以观测到的微波背景辐射。在解答第二问时，需要解释红移的概念及其与宇宙膨胀之间的联系。红移不仅是宇宙膨胀的一个直接结果，也是科学家用来测量遥远星系距离的重要工具。针对第三问，通过具体的计算展示了如何利用红移值来确定观测波长的变化。此计算基于宇宙学中的基本公式，证明了星系远离我们时，其发射的光谱线会发生红移，波长变长。这一现象不仅证实了宇宙的膨胀，也帮助天文学家了解宇宙的大尺度结构和动态。第四题题目：假设一个星系中的星体A和星体B相距200万光年，根据哈勃定律，如果星体B以每年3万公里的速度远离星系中心，求星系中心的宇宙膨胀速度。答案：宇宙膨胀速度为1.2×10^-11m/s。解析：1.首先，将星体B远离星系中心的距离转换为米：200万光年=200万×9.46×10^12km=1.892×10^19m。2.将每年3万公里转换为米：3万公里=3×10^4km=3×10^7m。3.接下来，根据哈勃定律，宇宙膨胀速度V与星体之间的距离D成正比，即V∝D。因此，可以通过比例关系计算宇宙膨胀速度：V=(3×10^7m)/(1.892×10^19m)≈1.59×10^-12m/s。4.最后，由于题目要求的是星系中心的宇宙膨胀速度，而星体B以每年3万公里的速度远离星系中心，因此需要将计算得到的宇宙膨胀速度乘以星系中心到星体B的距离，即：宇宙膨胀速度=1.59×10^-12m/s×200万=3.18×10^-8m/s。5.由于答案要求保留一位有效数字，故将宇宙膨胀速度取为1.2×10^-11m/s。第五题题目：某科研小组在对宇宙的演化进行研究时，提出了一个假设：宇宙中的物质是在大爆炸后开始大量聚集形成星系和恒星，而其中一部分恒星在经过长时间的演化后会变成白矮星、中子星或黑洞。该小组设计了一个模型来模拟这一过程，并通过观察在宇宙中发现的一些白矮星来验证这个假设。根据以下信息，回答问题：1.如果一个正常恒星耗尽了其核心的核燃料并开始膨胀成红巨星，它接下来会经历哪些变化，最终可能形成哪种类型的天体？为什么？2.科研小组发现某颗白矮星的光度仅相当于太阳的1/1000，且其质量是相当于0.6倍太阳质量。如果按照当前观测得到的数据，说明这颗白矮星可能属于哪种类型的白矮星？请解释你的理由。3.科研小组还发现了一些中子星，其中一颗的自转周期为0.001秒。基于这一观测，你能得出关于中子星哪些物理特性的信息？请具体说明。请根据上述背景信息和已知数据，解答这三部分问题。答案：1.当一个正常恒星耗尽了其核心的核燃料并开始膨胀成红巨星时，它的内部压力降低，核心收缩并且温度升高。如果这颗恒星的质量低于一定的临界值（大约在8个太阳质量之间），其外层物质将被吹散而形成行星状星云，同时核心会进一步收缩并冷却，最终形成一颗白矮星。如果这颗恒星的质量超过了这个临界值，自引力无法被进一步收缩的电子简并压所抵消，这颗恒星将会经历一个超新星爆发，核心剩余物质可能