《C 人类对宇宙结构的探索》（同步训练）高中物理拓展型课程I第二册-华东师大版VIP

《C人类对宇宙结构的探索》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、以下哪个天体不属于银河系的范畴？A.太阳B.月球C.金星D.火星2、在哈勃定律中，宇宙膨胀速度与天体之间的距离成正比，以下哪个因素与宇宙膨胀速度无关？A.宇宙的年龄B.宇宙的密度C.宇宙的形状D.宇宙的暗能量3、关于哈勃望远镜观测到的宇宙膨胀现象，以下哪个说法是正确的？A.宇宙膨胀意味着宇宙正在变得越来越小。B.宇宙膨胀说明宇宙在某个时刻之前是无限大的。C.哈勃望远镜观测到的宇宙膨胀现象支持了“大爆炸理论”。D.宇宙膨胀是由于宇宙中的物质在相互排斥。4、以下关于暗物质的说法中，哪个是正确的？A.暗物质是宇宙中不发光的普通物质。B.暗物质可以通过光子的相互作用被探测到。C.暗物质是宇宙中的“神秘物质”，其本质尚不清楚。D.暗物质可以解释宇宙中星系的旋转曲线异常。5、以下哪个天体系统是银河系的一部分？A.太阳系B.银河系C.银河系外星系D.比邻星系6、关于宇宙膨胀的理论，以下哪项是正确的？A.宇宙膨胀是均匀且稳定的B.宇宙膨胀速度随着距离增加而减慢C.宇宙膨胀速度随着距离增加而加快D.宇宙膨胀是可逆的7、在天文学中，以下哪个现象属于恒星视运动？A.星体的亮度变化B.行星围绕恒星的公转C.恒星在天球上相对位置的变化D.恒星自身的自转二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下关于宇宙大爆炸理论的描述，正确的是：A.宇宙大爆炸理论认为宇宙起源于一个“奇点”，在那一刻，所有的物质和能量都集中在一个无限小、无限热的点上。B.宇宙大爆炸理论认为宇宙在膨胀，但这个膨胀是由于宇宙自身的扩张，而非外力作用。C.宇宙大爆炸理论预言了宇宙背景辐射的存在，这一预言后来被观测数据证实。D.宇宙大爆炸理论认为宇宙中的物质和能量自大爆炸以来就不再产生。2、关于暗物质和暗能量的描述，以下哪些是正确的？A.暗物质是一种看不见的、不发光的、不吸光的物质，它是宇宙中物质总量的主要组成部分。B.暗能量是一种推动宇宙加速膨胀的神秘能量，它占据了宇宙总能量的73%左右。C.暗物质和暗能量是宇宙学中两个尚未完全理解的领域，科学家们正在努力研究它们的性质。D.暗物质和暗能量都是通过观测宇宙的动力学和宇宙背景辐射等来间接推断存在的。3、关于宇宙膨胀的证据，以下哪项是不正确的？A.宇宙背景辐射的发现B.遥远星系的红移现象C.地球自转速度的变化D.银河系中心黑洞的观测三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题：阅读以下关于宇宙大爆炸理论的描述，回答问题。宇宙大爆炸理论认为，宇宙起源于一个无限小的奇点，大约在138亿年前发生了爆炸，从此宇宙开始膨胀。以下是大爆炸理论的一些支持证据：宇宙背景辐射：宇宙大爆炸后，留下的辐射被称为宇宙背景辐射。这种辐射均匀分布在宇宙空间中，温度大约为2.7K。元素丰度：宇宙大爆炸后，轻元素如氢、氦等在高温、高压条件下形成。根据宇宙背景辐射的温度和宇宙膨胀的速度，科学家计算出了宇宙中元素丰度的比例，与观测结果相符。宇宙膨胀：观测发现，宇宙中的星系都在远离我们，而且距离越远，退行速度越快。这表明宇宙在膨胀，与宇宙大爆炸理论相符。请回答以下问题：（1）简述宇宙背景辐射的概念及其特点。（2）说明宇宙背景辐射对大爆炸理论的支持作用。（3）解释宇宙膨胀现象，并说明其与宇宙大爆炸理论的关系。第二题：假设地球和月球之间的距离为R=3.84×108米，地球的质量为ME=5.97×（1）根据万有引力定律，计算地球对月球的引力大小。（2）假设月球绕地球做匀速圆周运动，计算月球绕地球运动的线速度。（3）如果地球突然停止自转，月球会因失去地球的引力而飞离地球轨道。根据能量守恒定律，计算月球在轨道上获得的速度，使其脱离地球引力。第三题：以下哪个观测结果支持了宇宙膨胀理论？请简述理由。选项：A.银河系内部的恒星光谱线红移B.某颗恒星周围的行星轨道周期变化C.两个遥远星系之间的光子能量减弱D.地球表面温度的年际变化第四题：假设宇宙是由无数个星系组成的，每个星系又包含无数的恒星、星云等天体。请根据以下信息，计算并回答以下问题：（1）已知星系A中包含1000个恒星，星系B中包含2000个恒星，星系C中包含3000个恒星。星系A、B、C的总质量分别为M_A、M_B、M_C，其中M_A=1.2×10^11个太阳质量，M_B=2.4×10^11个太阳质量，M_C=3.6×10^11个太阳质量。假设每个恒星的质量为M_恒星=1个太阳质量，求星系A、B、C中恒星的总质量占其总质量的百分比。（2）已知星系D中恒星的数量是星系C的1.5倍，星系E中恒星的质量是星系D的0.8倍。如果星系D的总质量为M_D，星系E的总质量为M_E，求M_D和M_E的值。（3）如果星系F中的恒星分布均匀，并且每个恒星之间的平均距离为D。已知星系F的总质量为M_F，求星系F中恒星的总数N_F。第五题：阅读以下材料，回答问题。材料一：1676年，法国天文学家卡西尼发现土星的光环是由许多亮带组成，这些亮带之间有暗缝，后来被称为卡西尼环缝。这一发现揭示了土星环的复杂结构。材料二：20世纪70年代，美国探测器“旅行者1号”在距离土星约2.5万公里的地方，成功拍摄到土星环的照片。照片显示，土星环是由许多大小不同的冰块组成的，这些冰块呈环状排列。材料三：近年来，我国天文学家利用大型射电望远镜观测到，土星环的某些区域存在着微弱的热辐射，这表明土星环中可能存在有机分子。根据材料一，简要说明卡西尼对宇宙结构的探索成果。根据材料二，分析土星环的组成及其可能对宇宙结构的影响。根据材料三，结合所学知识，说明土星环可能存在的有机分子对宇宙结构探索的意义。《C人类对宇宙结构的探索》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、以下哪个天体不属于银河系的范畴？A.太阳B.月球C.金星D.火星答案：B解析：太阳、金星和火星都是银河系内的行星，而月球是地球的卫星，不属于银河系范畴。因此，正确答案是B。2、在哈勃定律中，宇宙膨胀速度与天体之间的距离成正比，以下哪个因素与宇宙膨胀速度无关？A.宇宙的年龄B.宇宙的密度C.宇宙的形状D.宇宙的暗能量答案：C解析：哈勃定律表明宇宙膨胀速度与天体之间的距离成正比，这个关系与宇宙的年龄、密度和暗能量等因素有关。然而，宇宙的形状（如平坦、封闭或开放）并不直接影响膨胀速度，因此正确答案是C。3、关于哈勃望远镜观测到的宇宙膨胀现象，以下哪个说法是正确的？A.宇宙膨胀意味着宇宙正在变得越来越小。B.宇宙膨胀说明宇宙在某个时刻之前是无限大的。C.哈勃望远镜观测到的宇宙膨胀现象支持了“大爆炸理论”。D.宇宙膨胀是由于宇宙中的物质在相互排斥。答案：C解析：哈勃望远镜观测到的宇宙膨胀现象表明，宇宙中的星系都在相互远离，这一观测结果支持了“大爆炸理论”，该理论认为宇宙起源于一个极热、极密的状态，并在膨胀。4、以下关于暗物质的说法中，哪个是正确的？A.暗物质是宇宙中不发光的普通物质。B.暗物质可以通过光子的相互作用被探测到。C.暗物质是宇宙中的“神秘物质”，其本质尚不清楚。D.暗物质可以解释宇宙中星系的旋转曲线异常。答案：D解析：暗物质是一种不发光、不与电磁辐射发生相互作用，但可以通过其引力效应影响可见物质分布的神秘物质。选项D正确，因为暗物质的存在可以解释星系旋转曲线的异常，即星系边缘的星体运动速度比预期要快。选项A和B错误，因为暗物质不是普通物质，也不通过光子相互作用。选项C虽然描述了暗物质的一些特性，但不是最准确的描述。5、以下哪个天体系统是银河系的一部分？A.太阳系B.银河系C.银河系外星系D.比邻星系答案：A解析：太阳系是银河系的一部分，因为太阳是银河系中众多恒星之一。银河系是包含数千亿颗恒星的巨大星系，而银心是银河系的中心。选项B是太阳系所在的天体系统，选项C和D指的是银河系之外的星系，因此正确答案是A。6、关于宇宙膨胀的理论，以下哪项是正确的？A.宇宙膨胀是均匀且稳定的B.宇宙膨胀速度随着距离增加而减慢C.宇宙膨胀速度随着距离增加而加快D.宇宙膨胀是可逆的答案：C解析：根据哈勃定律，宇宙膨胀速度与天体之间的距离成正比，即距离越远，膨胀速度越快。因此，正确答案是C。选项A错误，因为宇宙膨胀并不是均匀且稳定的；选项B错误，因为膨胀速度是随着距离增加而加快的；选项D错误，因为宇宙膨胀是不可逆的。7、在天文学中，以下哪个现象属于恒星视运动？A.星体的亮度变化B.行星围绕恒星的公转C.恒星在天球上相对位置的变化D.恒星自身的自转答案：C解析：恒星视运动是指恒星在天球上相对位置的变化，是由于地球围绕太阳公转造成的。这种现象在天文学中非常重要，它帮助我们测量距离、确定恒星的位置等。选项A描述的是恒星的亮度变化，选项B描述的是行星围绕恒星的公转，选项D描述的是恒星自身的自转，这些都不属于恒星视运动的范畴。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下关于宇宙大爆炸理论的描述，正确的是：A.宇宙大爆炸理论认为宇宙起源于一个“奇点”，在那一刻，所有的物质和能量都集中在一个无限小、无限热的点上。B.宇宙大爆炸理论认为宇宙在膨胀，但这个膨胀是由于宇宙自身的扩张，而非外力作用。C.宇宙大爆炸理论预言了宇宙背景辐射的存在，这一预言后来被观测数据证实。D.宇宙大爆炸理论认为宇宙中的物质和能量自大爆炸以来就不再产生。答案：ABC解析：A项正确，宇宙大爆炸理论确实认为宇宙起源于一个“奇点”。B项正确，宇宙的膨胀是由于宇宙自身的性质，而非外力作用。C项正确，宇宙大爆炸理论预言了宇宙背景辐射的存在，后来这一预言得到了观测的证实。D项错误，宇宙大爆炸理论并没有说宇宙中的物质和能量自大爆炸以来就不再产生，实际上，根据宇宙大爆炸理论，宇宙中的物质和能量在不断地通过核聚变、核裂变等方式产生和转化。2、关于暗物质和暗能量的描述，以下哪些是正确的？A.暗物质是一种看不见的、不发光的、不吸光的物质，它是宇宙中物质总量的主要组成部分。B.暗能量是一种推动宇宙加速膨胀的神秘能量，它占据了宇宙总能量的73%左右。C.暗物质和暗能量是宇宙学中两个尚未完全理解的领域，科学家们正在努力研究它们的性质。D.暗物质和暗能量都是通过观测宇宙的动力学和宇宙背景辐射等来间接推断存在的。答案：ABCD解析：A项正确，暗物质是宇宙中一种尚未被直接观测到的物质，它是宇宙中物质总量的主要组成部分。B项正确，暗能量是一种推动宇宙加速膨胀的神秘能量，占据了宇宙总能量的73%左右。C项正确，暗物质和暗能量确实是宇宙学中两个尚未完全理解的领域，科学家们正在努力研究它们的性质。D项正确，暗物质和暗能量的存在主要是通过观测宇宙的动力学和宇宙背景辐射等来间接推断的。3、关于宇宙膨胀的证据，以下哪项是不正确的？A.宇宙背景辐射的发现B.遥远星系的红移现象C.地球自转速度的变化D.银河系中心黑洞的观测答案：C解析：宇宙膨胀的证据主要包括宇宙背景辐射的发现、遥远星系的红移现象以及银河系中心黑洞的观测。地球自转速度的变化与宇宙膨胀无直接关系，因此选项C是不正确的。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：阅读以下关于宇宙大爆炸理论的描述，回答问题。宇宙大爆炸理论认为，宇宙起源于一个无限小的奇点，大约在138亿年前发生了爆炸，从此宇宙开始膨胀。以下是大爆炸理论的一些支持证据：宇宙背景辐射：宇宙大爆炸后，留下的辐射被称为宇宙背景辐射。这种辐射均匀分布在宇宙空间中，温度大约为2.7K。元素丰度：宇宙大爆炸后，轻元素如氢、氦等在高温、高压条件下形成。根据宇宙背景辐射的温度和宇宙膨胀的速度，科学家计算出了宇宙中元素丰度的比例，与观测结果相符。宇宙膨胀：观测发现，宇宙中的星系都在远离我们，而且距离越远，退行速度越快。这表明宇宙在膨胀，与宇宙大爆炸理论相符。请回答以下问题：（1）简述宇宙背景辐射的概念及其特点。（2）说明宇宙背景辐射对大爆炸理论的支持作用。（3）解释宇宙膨胀现象，并说明其与宇宙大爆炸理论的关系。答案：（1）宇宙背景辐射是指宇宙大爆炸后留下的辐射，其特点是均匀分布在宇宙空间中，温度约为2.7K。（2）宇宙背景辐射对大爆炸理论的支持作用主要体现在：宇宙背景辐射的温度与宇宙大爆炸后留下的辐射温度相符，说明宇宙确实经历过大爆炸；宇宙背景辐射的分布均匀，说明宇宙在大爆炸后经历了均匀膨胀。（3）宇宙膨胀现象是指宇宙中的星系都在远离我们，而且距离越远，退行速度越快。这一现象与宇宙大爆炸理论的关系是：宇宙大爆炸导致宇宙开始膨胀，膨胀过程中，星系之间的距离逐渐增大，从而表现出宇宙膨胀现象。第二题：假设地球和月球之间的距离为R=3.84×108米，地球的质量为ME=5.97×（1）根据万有引力定律，计算地球对月球的引力大小。（2）假设月球绕地球做匀速圆周运动，计算月球绕地球运动的线速度。（3）如果地球突然停止自转，月球会因失去地球的引力而飞离地球轨道。根据能量守恒定律，计算月球在轨道上获得的速度，使其脱离地球引力。答案：（1）地球对月球的引力大小：F=G⋅（2）月球绕地球运动的线速度：由于月球绕地球做匀速圆周运动，引力提供向心力，因此：F=MM⋅acac=v（3）月球脱离地球引力的速度：为了使月球脱离地球引力，其动能必须等于引力势能，即：12MMv2=−解析：（1）利用万有引力定律计算地球对月球的引力大小，公式中引力常数G、地球质量ME、月球质量MM和地球与月球之间的距离（2）月球绕地球做匀速圆周运动，引力提供向心力，根据牛顿第二定律计算月球绕地球运动的线速度。（3）根据能量守恒定律，月球脱离地球引力时，其动能等于引力势能，从而计算出月球脱离地球引力所需的速度。第三题：以下哪个观测结果支持了宇宙膨胀理论？请简述理由。选项：A.银河系内部的恒星光谱线红移B.某颗恒星周围的行星轨道周期变化C.两个遥远星系之间的光子能量减弱D.地球表面温度的年际变化答案：C解析：选项C中的“两个遥远星系之间的光子能量减弱”支持了宇宙膨胀理论。根据哈勃定律，遥远星系的光谱线红移程度与其距离地球的距离成正比，这表明这些星系正远离我们而去。光子能量与光子的波长成反比，因此，当星系远离我们时，其发出的光波波长会变长，能量减弱，这被称为红移现象。这一现象是宇宙膨胀的直接证据，表明宇宙从大爆炸以来一直在扩张。选项A提到的是银河系内部的现象，不足以支持宇宙膨胀理论；选项B涉及的是行星轨道，与宇宙尺度上的膨胀无关；选项D则与地球气候现象相关，与宇宙结构无关。因此，正确答案是C。第四题：假设宇宙是由无数个星系组成的，每个星系又包含无数的恒星、星云等天体。请根据以下信息，计算并回答以下问题：（1）已知星系A中包含1000个恒星，星系B中包含2000个恒星，星系C中包含3000个恒星。星系A、B、C的总质量分别为M_A、M_B、M_C，其中M_A=1.2×10^11个太阳质量，M_B=2.4×10^11个太阳质量，M_C=3.6×10^11个太阳质量。假设每个恒星的质量为M_恒星=1个太阳质量，求星系A、B、C中恒星的总质量占其总质量的百分比。（2）已知星系D中恒星的数量是星系C的1.5倍，星系E中恒星的质量是星系D的0.8倍。如果星系D的总质量为M_D，星系E的总质量为M_E，求M_D和M_E的值。（3）如果星系F中的恒星分布均匀，并且每个恒星之间的平均距离为D。已知星系F的总质量为M_F，求星系F中恒星的总数N_F。答案：（1）星系A、B、C中恒星的总质量分别为：M_A_恒星=1000个恒星×M_恒星=1000个太阳质量，M_B_恒星=2000个恒星×M_恒星=2000个太阳质量，M_C_恒星=3000个恒星×M_恒星=3000个太阳质量。星系A、B、C中恒星的总质量占其总质量的百分比分别为：P_A=M_A_恒星/M_A×100%=1000/1.2×10^11×100%≈0.0083%，P_B=M_B_恒星/M_B×100%=2000/2.4×10^11×100%≈0.0083%，P_C=M_C_恒星/M_C×100%=3000/3.6×10^11×100%≈0.0083%。（2）星系D中恒星的数量为1.5×3000=4500个恒星，星系E中恒星的质量为0.8×M_D。由于恒星的总质量等于每个恒星的质量乘以恒星的数量，所以：M_D=4500×M_恒星，M_E=0.8×M_D=0.8×4500×M_恒星=3600×M_恒星。（3）星系F中恒星的总数N_F可以通过星系的总质量M_F和每个恒星的质量M_恒星来计算。由于星系F中的恒星分布均匀，每个恒星之间的平均距离为D，可以假设星系F的形状为球体，且每个恒星占据的空间近似为球体。根据球体体积公式V=(4/3)πR^3，其中R为球体半径，可得：V_恒星=(4/3)π(D/2)^3=(1/6)πD^3。由于每个恒星