高中物理 第十九章 原子核 8 粒子和宇宙自主训练 新人教版选修3-5

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1、8粒子和宇宙自主广场我夯基我达标1.关于宇宙的成因，目前比较易被接受的是宇宙起源于______________.思路解析：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具代表性和多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，认为宇宙起源于一次大爆炸.尽管“大爆炸”学说受到很多人支持，但仍有很多不解之谜.答案：大爆炸2.下列说法中正确的是（）A.太阳是宇宙的中心B.太阳系中只存在太阳和它的九大行星C.太阳系由太阳和若干行星及它们的卫星和彗星组成D.以上说法都正确思路解析：太阳系中以太阳为中心，有九大行星绕太阳运行，有的行星还有

2、卫星，除此外还有2000多颗比较小的小行星和彗星等，所以叙述较完整的是C项.通常我们所说的九大行星是指太阳系中较大的几颗行星，太阳系的组成中还有小行星和彗星.答案：C3.现在，科学家们正在设法探寻“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.据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数为多少？思路解析：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反.所以，反α粒子质量数为4，电荷数为-2.答案：4-24.1

3、997年8月26日在日本举行的国际学术会上，德国的研究组宣布了他们的研究成果，银河系的中心可能存在一个大黑洞，他们的根据是用口径为3.5m的天文望远镜对猎户座中位于银河系中心附近的星系进行近六年的观测所得到的数据，他们发现距银河系中心约60亿千米的星系正以2000千米每秒的速度围绕银河系中心旋转.根据上面的数据，试在经典力学范围内（见提示），通过计算确认，如果银河系中心确实存在黑洞的话，其最大半径是多少？（最后结果保留一位有效数字，引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2）提示：（1）黑洞是一

4、种密度极大的天体，其表面的引力是如此之强，以致包括光在内的所有物质都逃脱不了其引力的作用；（2）计算中可以采用拉普拉斯黑洞模型，即使黑洞表面的物体初速等于光速也逃脱不了引力的作用.思路解析：设黑洞质量为M，由题中信息“银河系的中心可能存在一个大黑洞，距银河系中心约60亿km的星体正经2000km/s的速度围绕银河系中心旋转”可以得到这样一个理想模型：质量为m的星体绕银河系中心做圆周运动，则，得M==3.6×1035kg.由拉普拉斯黑洞模型的信息得到：若质量为m′的物体能以光速在其表面环绕飞行，而不会离

5、去，则，得r=·R=3×108m.当物体速度v＞c时，，得r′＜r，所以r为最大半径.答案：3×108m5.在天体演变的过程中，红色巨星发生“超新星爆炸”后，可以形成中子星（电子被迫同原子核中的质子相结合而形成中子），中子星具有极高的密度.（1）若已知某中子星的密度为107kg/m3，该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期；（2）中子星也在绕自转轴自转，则其密度至少应为多大？（假设中子星是通过中子间的万有引力结合成球状星体，引力常量G=6.67×1011N·m2/kg2）思

6、路解析：（1）如图中所示，设中子星的卫星圆轨道半径为R，质量为m，由万有引力提供向心力，可得.又当R=r（中子星的半径）时，卫星的运行周期最小，注意到M=，由此可得Tmin=1.2×10-3s.（2）设中子星的质量为M，半径为r，密度为ρ自转角速度为ω.今在中子星“赤道”表面处取一质量极小的部分，设其质量仍为m.由万有引力提供向心力，可得=mω2r.又M=，整理可得ρ=，代入数据，可得ρmin=1.3×1014kg/m3.答案：（1）1.2×10-3s（2）1.3×1014kg/m3我综合我发展6.已

7、知物体从地球上的逃逸速度v=，其中G、M、R分别是万有引力常量、地球的质量和半径.已知G=6.67×1011N·m2/kg2、光速c=2.99×108m/s，求下列问题：（1）逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞，设某黑洞的质量等于太阳的质量M=1.98×1030kg，求它可能的最大半径；（2）在目前天文观测范围内，物质的平均密度为0.4kg/m3，如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c，因此任何物体都不能脱宇宙.问宇宙的半径至少为多大？思路解析：（1）由

8、题目所提供的信息可知，任何天体均存在其所对应的逃逸速度v2，对于黑洞来说，其逃逸速度大于真空中的光速，即v2＞c，所以R＜=2.93km，即太阳成为黑洞时的最大半径为2.93km.（2）把宇宙视为一普通天体，则质量为M=ρV=，其中R为宇宙半径，ρ为宇宙密度，则宇宙所对应的逃逸速度为v=，由于宇宙密度使其逃逸速度大于光速，即v＞c,由以上的三个关系可得R＞=4.2×1010（光年）.答案：（1）2.93km（2）4.2×1010光年7.天文观测表明：几乎