高中物理 第十九章 原子核 8 粒子和宇宙成长训练 新人教版选修3-5

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1、8粒子和宇宙主动成长夯基达标1.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八大行星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，有八大行星绕太阳运行，有的行星还有卫星，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.通常我们所说的八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：C2.关于宇宙的成因，目前比较容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，其中具有代表性和多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，认为宇宙

2、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3.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　-24.1997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

3、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，万有引力常量G=6.67×10-11N·m2·kg-2）提示：（1）黑洞是一种密度极大的天体，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，即使墨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

4、系的中心可能存在一个大黑洞，距银河系中心约60亿千米的星体正以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=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，而不会离去，则,得=3×108m.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

5、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，万有引力常量G=6.67×10-11N·m2·kg-2）思路解析：(1)如右图中所示，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,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，万有引力恰好提供向心力，可得.又，整理可得，代入数据，可得ρmin=1.3×1014kg/m3.答案：(1)1.2

6、×10-3s（2）1.3×1014kg/m36.已知物体从地球上的逃逸速度,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=6.67×10-11N·m2·kg-2，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离宇宙.问宇宙的半径至少多大？思路解析：（1）由题目所提供的信息可知，任

7、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=2.93km,即该黑洞的最大半径为2.93km.(2)把宇宙视为一普通天体，则质量为，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=4.2×1010光年.答案：(1)2.93km(2)4.2×1010光年7.天文观测表明：几乎所有远处的恒星（或星系）都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）越大，也就是宇