2012年粤教版高中物理选修3-5 4.7小粒子与大宇宙练习卷

下列说法中正确的是（   ）

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？

关于宇宙的成因，目前比较容易被接受的是宇宙起源于_____________.

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3.5 m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，他们发现银河系中心约60亿千米的星系正以2 000千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，引力常数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.

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10⁷ kg/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，引力常数G=6.67×10¹¹N·m²·kg^-2）

已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=6.67×10¹¹ N·m²·kg^-2、光速c=2.99×10⁸ m/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0.4 kg/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逃脱宇宙.问宇宙的半径至少多大？

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，也就是宇宙在膨胀.不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v=Hr，式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定.为解释上述现象，有人提出一个种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的.假设大爆炸后各星体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观测一致.
由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算公式为T=_____________________.

彗星——拖着长长的尾巴，时而出现于黎明的东方，时而划破晴夜的长空.对于彗星的观察，我国从殷商时代就有了关于彗星的观察记录，并为后人留下了珍贵的资料，其中在《春秋》中记载的观察彗星的资料，被公认为是世界上哈雷彗星的最早记录，比欧洲关于彗星的记录早了几百年.在西方研究彗星的众多科学家中，英国物理学家哈雷对彗星的研究最为深入，他不仅对彗星进行天文观察，而且还对彗星的轨道进行了定量的计算，1705年，他在《彗星天文学》一书中计算了彗星的24个轨道.在现在已知的1 600颗彗星中，人们对其中的600颗已确定了它们的轨道.
下面是关于彗星的几个问题：
（1）经过观察与研究，人们发现彗星绕太阳运行的轨道一般为椭圆、抛物线或双曲线.彗星轨道的形状是由彗星的能量所决定的.试问著名的哈雷彗星的运行轨道是椭圆，还是抛物线，还是双曲线？为什么？
（2）据科学家研究发现，彗星是由稀薄气体、冰冻团块、甲烷、氨、干冰等组成.彗星中还有含钾、钙、锰、钠和铁等物质，试说明人们是运用什么方法知道彗星中含有上述物质的？
（3）1994年，曾经发生了一个轰动世界的天文奇观，一颗命名为“苏梅克—列维9号”的彗星断裂成了21块（其中最大的一块线度约4 km）,以60 km/s的速度连续地向木星撞去，这就是著名的彗—木相撞现象.苏梅克—列维9号彗星中的第一块碎片于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层向木星撞去，撞击后产生的多个火球绵延近1 000 km.设想苏梅克—列维9号彗星分裂时有一块碎块的质量为10¹² kg，它相对于木星的速度为600 m/s,求它与木星相撞过程中损失的机械能为多少？
（4）苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层向木星撞去，放出了相当于8×10²⁰ J的巨大能量.已知一个铀235裂变时可放出约200 MeV的能量，试估算：苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块与木星相撞所释放的能量相当于多少千克的铀235发生了裂变？

天文学家测得银河系中氦的含量约为25%，有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙中诞生后3分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部氢核聚变反应生成的.
（1）把氢核聚变反应简化为4个氢核（）聚变成氦核（）.同时放出2个正电子（）和2个中微子（ν_e），请写出该氢核聚变反应的方程式，并计算一次反应释放的能量.
（2）研究表明，银河系的年龄为t=3.8×10¹⁷ s，每秒钟银河系产生的能量约略为1×10³⁷ J（即P=1×10³7 J/s）,现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应.试估计算银河系中氦的质量（最后结果保留一位有效数字）.
（3）根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断.
(可能用到的数据：银河系质量为M=3×10⁴¹ kg,质量单位1 u=1.66×10^-27 kg,1u相当于1.5×10^-10 J的能量，电子质量M_e="0.000" 5 u,氦核质量M_α="4.002" 6 u,氢核质量M_P="1.007" 8 u,中微子（V_e）质量为零.