《第三節(jié) 宇宙起源和演化》（同步訓練）高中物理必修 第二冊-粵教版-2024-2025學年

《第三節(jié)宇宙起源和演化》同步訓練(答案在后面)一、單項選擇題（本大題有7小題，每小題4分，共28分）1、關于宇宙的起源，以下哪個理論是目前科學界普遍接受的觀點？A、大爆炸理論B、多重宇宙論C、穩(wěn)態(tài)宇宙論D、宇宙永恒論2、在宇宙演化的早期階段，哪種現象標志著宇宙的溫度和密度達到了能夠形成原子的水平？A、重子自由散射B、光合作用C、行星形成D、星系合并3、關于宇宙的起源，以下哪種理論是主流觀點？（）A、大爆炸理論B、穩(wěn)態(tài)宇宙模型C、宇宙膨脹模型D、黑洞起源理論4、在宇宙大爆炸理論中，宇宙從一個極度熱密的奇點開始膨脹，以下哪個現象與這一過程密切相關？（）A、黑洞的形成B、恒星的演化C、星系的分布D、宇宙微波背景輻射5、宇宙大爆炸理論認為，宇宙起源于約138億年前的一個極其高溫、高密度的狀態(tài)。這個狀態(tài)被稱為：A、原初黑洞B、原初火球C、奇點D、暗物質6、在宇宙的演化過程中，量子漲落理論指出，在宇宙微波背景輻射中可以觀察到：A、恒星的形成B、星系的形成C、黑洞的形成D、微小的溫度波動7、關于大爆炸理論的宇宙起源描述，以下哪項是正確的？A.宇宙起源于一個“奇點”，自那時以來一直在不斷膨脹。B.宇宙是在一段有限的時間內形成的，并且會無限地膨脹下去。C.宇宙是由于一種力量從無逐漸產生的，但是在某一時刻突然停下來了。D.宇宙起源于一個由許多不同的點逐個形成的，每個點都有自己的演化歷史。二、多項選擇題（本大題有3小題，每小題6分，共18分）1、以下關于宇宙起源和演化的描述中，正確的是（）A、宇宙起源于一個“奇點”，隨后經歷大爆炸，溫度和密度急劇升高B、宇宙的演化過程中，物質分布不均勻導致了星系的形成C、宇宙微波背景輻射的發(fā)現是支持大爆炸理論的重要證據D、暗物質和暗能量的存在是目前宇宙學中尚未完全解釋的現象E、宇宙的膨脹速度在逐漸減慢2、關于宇宙大爆炸理論，以下說法正確的是（）A、大爆炸理論認為宇宙是從一個“奇點”膨脹而來的B、大爆炸理論預言了宇宙微波背景輻射的存在C、大爆炸理論認為宇宙的年齡約為137億年D、大爆炸理論預測了宇宙中存在大量的暗物質E、大爆炸理論認為宇宙是無限的3、關于宇宙起源和演化，下列說法正確的是（）。A.大爆炸理論認為宇宙是從一個極其高溫、高密度的初始狀態(tài)爆炸而來。B.宇宙的背景輻射是大爆炸后約380000年時，隨著宇宙膨脹冷卻，電子和質子重新結合形成氫原子，產生的光子。C.星系的紅移現象表明宇宙在膨脹。D.暗能量是構成宇宙大部分質量能量的一種形式，它具有負壓強，推動宇宙加速膨脹。三、非選擇題（前4題每題10分，最后一題14分，總分54分）第一題閱讀下列關于宇宙起源和演化的信息，回答問題。某天文學家觀察到一顆遙遠星系的光譜，發(fā)現該星系的光譜中某些波長出現了紅移。以下是關于這一現象的幾種解釋：A.該星系正在遠離我們，其光譜中的波長發(fā)生紅移是由于多普勒效應。B.該星系的光譜波長紅移是由于宇宙背景輻射的干涉。C.該星系的光譜波長紅移是由于該星系內部物質發(fā)出的輻射被大氣吸收。D.該星系的光譜波長紅移與宇宙起源和演化無關。1.請考查上述四種解釋，選出能解釋觀測到遙遠星系光譜紅移的正確選項。2.簡述紅移現象對理解宇宙起源和演化的重要意義。第二題題目：以下關于宇宙大爆炸理論的描述，正確的是（）A.宇宙起源于一個“奇點”，之后經歷了爆炸式的膨脹過程B.宇宙大爆炸理論是宇宙演化過程中的一個階段，不是宇宙起源的理論C.宇宙大爆炸理論是現代物理學的基石之一，但其具體機制尚未完全明確D.宇宙大爆炸理論認為宇宙起源于一個“奇點”，但該“奇點”之后發(fā)生了收縮第三題題目：根據大爆炸理論，宇宙在大約138億年前從一個極熱、極密的狀態(tài)開始膨脹并冷卻，形成了今天我們所見的宇宙。請回答以下問題：1.描述大爆炸理論的基本觀點，并簡要說明它是如何解釋宇宙背景輻射存在的。2.解釋紅移現象及其與宇宙膨脹的關系。3.假設某星系發(fā)出的光譜線在地球上觀測到的位置比其在實驗室中的位置向長波方向移動了0.05個單位（即紅移值z=0.05），如果該星系發(fā)出的光譜線在實驗室中的波長為600納米，那么它在地球上的觀測波長是多少？這表明該星系正在遠離我們嗎？第四題題目：假設一個星系中的星體A和星體B相距200萬光年，根據哈勃定律，如果星體B以每年3萬公里的速度遠離星系中心，求星系中心的宇宙膨脹速度。第五題題目：某科研小組在對宇宙的演化進行研究時，提出了一個假設：宇宙中的物質是在大爆炸后開始大量聚集形成星系和恒星，而其中一部分恒星在經過長時間的演化后會變成白矮星、中子星或黑洞。該小組設計了一個模型來模擬這一過程，并通過觀察在宇宙中發(fā)現的一些白矮星來驗證這個假設。根據以下信息，回答問題：1.如果一個正常恒星耗盡了其核心的核燃料并開始膨脹成紅巨星，它接下來會經歷哪些變化，最終可能形成哪種類型的天體？為什么？2.科研小組發(fā)現某顆白矮星的光度僅相當于太陽的1/1000，且其質量是相當于0.6倍太陽質量。如果按照當前觀測得到的數據，說明這顆白矮星可能屬于哪種類型的白矮星？請解釋你的理由。3.科研小組還發(fā)現了一些中子星，其中一顆的自轉周期為0.001秒?；谶@一觀測，你能得出關于中子星哪些物理特性的信息？請具體說明。請根據上述背景信息和已知數據，解答這三部分問題?！兜谌?jié)宇宙起源和演化》同步訓練及答案解析一、單項選擇題（本大題有7小題，每小題4分，共28分）1、關于宇宙的起源，以下哪個理論是目前科學界普遍接受的觀點？A、大爆炸理論B、多重宇宙論C、穩(wěn)態(tài)宇宙論D、宇宙永恒論答案：A解析：大爆炸理論是當前科學界普遍接受的觀點，它認為宇宙始于大約138億年前的一次極端的高溫和密度狀態(tài)，隨后開始膨脹。2、在宇宙演化的早期階段，哪種現象標志著宇宙的溫度和密度達到了能夠形成原子的水平？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：在宇宙演化的早期階段，大約在大爆炸后的300,000年左右，宇宙的溫度和密度降至足夠低的程度，允許質子和中子結合形成原子核，這一現象被稱為重子自由散射。這標志著宇宙從一個由自由粒子組成的等離子體狀態(tài)轉變到了由原子組成的物質狀態(tài)。3、關于宇宙的起源，以下哪種理論是主流觀點？（）A、大爆炸理論B、穩(wěn)態(tài)宇宙模型C、宇宙膨脹模型D、黑洞起源理論答案：A解析：大爆炸理論是目前宇宙學中最為廣泛接受的宇宙起源理論，認為宇宙起源于約138億年前的一個極度熱密的奇點，經過爆炸式的膨脹形成了現在的宇宙。4、在宇宙大爆炸理論中，宇宙從一個極度熱密的奇點開始膨脹，以下哪個現象與這一過程密切相關？（）A、黑洞的形成B、恒星的演化C、星系的分布D、宇宙微波背景輻射答案：D解析：宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸理論的重要證據之一。在大爆炸之后，宇宙迅速膨脹冷卻，直到溫度降至一定程度，輻射開始以微波的形式遍布整個宇宙。這些輻射至今仍然存在，并且被科學家們觀測到，證實了宇宙大爆炸理論。5、宇宙大爆炸理論認為，宇宙起源于約138億年前的一個極其高溫、高密度的狀態(tài)。這個狀態(tài)被稱為：A、原初黑洞B、原初火球C、奇點D、暗物質答案：C解析：宇宙大爆炸理論是目前廣泛接受的宇宙起源理論之一。該理論認為，宇宙起源于一個極其高溫、高密度的奇點。奇點是物理學中的一個概念，表示在某個時刻或條件下，物理學規(guī)律不適用的狀態(tài)。宇宙在奇點之后迅速膨脹，溫度和密度迅速下降，逐漸形成了今天我們所見的宇宙結構。6、在宇宙的演化過程中，量子漲落理論指出，在宇宙微波背景輻射中可以觀察到：A、恒星的形成B、星系的形成C、黑洞的形成D、微小的溫度波動答案：D解析：量子漲落理論是在宇宙早期提出的一個重要觀點，它指出，在宇宙早期的極端條件下，由于量子效應的存在，空間中會出現微小的密度波動。這些微小的密度波動后來通過引力作用演化成了我們今天看到的星系和大尺度結構。在宇宙微波背景輻射（CMB）中，科學家們確實觀測到了這些微小的溫度波動，這為宇宙從量子漲落到現在的星系演化提供了重要證據。7、關于大爆炸理論的宇宙起源描述，以下哪項是正確的？A.宇宙起源于一個“奇點”，自那時以來一直在不斷膨脹。B.宇宙是在一段有限的時間內形成的，并且會無限地膨脹下去。C.宇宙是由于一種力量從無逐漸產生的，但是在某一時刻突然停下來了。D.宇宙起源于一個由許多不同的點逐個形成的，每個點都有自己的演化歷史。答案：A解析：大爆炸理論認為，宇宙起源于大約138億年前的一個“奇點”，在那一點所有的物質和空間都濃縮在一起。在此之后，宇宙開始膨脹，這也是我們觀察到的宇宙無限寬廣的原因。因此，選項A是正確的描述。選項B和C的表述均與大爆炸理論的預測不符。選項D則錯誤地假設了多個獨立起源，而大爆炸理論是一個整體膨脹的故事。二、多項選擇題（本大題有3小題，每小題6分，共18分）1、以下關于宇宙起源和演化的描述中，正確的是（）A、宇宙起源于一個“奇點”，隨后經歷大爆炸，溫度和密度急劇升高B、宇宙的演化過程中，物質分布不均勻導致了星系的形成C、宇宙微波背景輻射的發(fā)現是支持大爆炸理論的重要證據D、暗物質和暗能量的存在是目前宇宙學中尚未完全解釋的現象E、宇宙的膨脹速度在逐漸減慢答案：ABCD解析：選項A描述了宇宙大爆炸理論的基本觀點，即宇宙從一個極度熱密的“奇點”開始膨脹。選項B提到了宇宙演化過程中物質分布不均勻導致星系形成的過程，這是正確的。選項C指出宇宙微波背景輻射是支持大爆炸理論的重要證據，這也是正確的。選項D提到暗物質和暗能量是尚未完全解釋的現象，這也是當前宇宙學中的研究熱點。選項E錯誤，因為觀測表明宇宙的膨脹速度實際上在加快，而不是減慢。因此，正確答案是ABCD。2、關于宇宙大爆炸理論，以下說法正確的是（）A、大爆炸理論認為宇宙是從一個“奇點”膨脹而來的B、大爆炸理論預言了宇宙微波背景輻射的存在C、大爆炸理論認為宇宙的年齡約為137億年D、大爆炸理論預測了宇宙中存在大量的暗物質E、大爆炸理論認為宇宙是無限的答案：ABCD解析：選項A正確，大爆炸理論確實認為宇宙起源于一個“奇點”。選項B正確，大爆炸理論預言了宇宙微波背景輻射的存在，這一預言后來得到了實驗驗證。選項C正確，根據大爆炸理論，宇宙的年齡大約是137億年。選項D正確，大爆炸理論預測了宇宙中存在大量的暗物質，以解釋星系旋轉速度和宇宙膨脹速度等現象。選項E錯誤，大爆炸理論并不認為宇宙是無限的，而是認為宇宙有一個起始點，盡管它可能沒有邊界。因此，正確答案是ABCD。3、關于宇宙起源和演化，下列說法正確的是（）。A.大爆炸理論認為宇宙是從一個極其高溫、高密度的初始狀態(tài)爆炸而來。B.宇宙的背景輻射是大爆炸后約380000年時，隨著宇宙膨脹冷卻，電子和質子重新結合形成氫原子，產生的光子。C.星系的紅移現象表明宇宙在膨脹。D.暗能量是構成宇宙大部分質量能量的一種形式，它具有負壓強，推動宇宙加速膨脹。答案：A、B、C、D。解析：本題考查宇宙起源和演化的基本知識。A正確。大爆炸理論是目前最為主流的宇宙起源理論，認為宇宙是從一個極其高溫、高密度的初始狀態(tài)爆炸而來，隨后經歷了一次快速膨脹，最終形成了我們現在所見到的宇宙。B正確。宇宙背景輻射是在大爆炸后約380000年時形成的，隨著宇宙的膨脹和冷卻，自由電子與原子核重新結合成中性原子，此時光子被束縛并釋放出來，形成了我們今天觀測到的宇宙微波背景輻射。C正確。星系的紅移現象是指由于宇宙膨脹，遠離我們的星系的光譜會發(fā)生紅移，說明這些星系正在遠離我們，從而間接證實了宇宙在膨脹。D正確。暗能量是假定在宇宙中廣泛存在的形式之一，它與宇宙學常數相關聯。暗能量具有負壓強，這種特性使得其對宇宙的加速膨脹起到了驅動作用。這些說法都是當前科學界對于宇宙起源和演化的主流認識，因此全都正確。三、非選擇題（前4題每題10分，最后一題14分，總分54分）第一題閱讀下列關于宇宙起源和演化的信息，回答問題。某天文學家觀察到一顆遙遠星系的光譜，發(fā)現該星系的光譜中某些波長出現了紅移。以下是關于這一現象的幾種解釋：A.該星系正在遠離我們，其光譜中的波長發(fā)生紅移是由于多普勒效應。B.該星系的光譜波長紅移是由于宇宙背景輻射的干涉。C.該星系的光譜波長紅移是由于該星系內部物質發(fā)出的輻射被大氣吸收。D.該星系的光譜波長紅移與宇宙起源和演化無關。1.請考查上述四種解釋，選出能解釋觀測到遙遠星系光譜紅移的正確選項。2.簡述紅移現象對理解宇宙起源和演化的重要意義。答案：1.正確選項：A解析：紅移現象是宇宙學研究中的一個重要物理現象，指的是星系或者天體光譜中的某些波長向紅色端發(fā)生偏移。根據多普勒效應，當光源遠離觀察者時，其光譜將出現紅移。因此，選項A正確解釋了觀測到遙遠星系光譜紅移的原因。選項B錯誤，因為宇宙背景輻射的干涉不會導致光譜紅移；選項C錯誤，因為大氣吸收不會引起整個星系光譜的紅移；選項D錯誤，因為紅移現象與宇宙起源和演化密切相關。2.紅移現象對理解宇宙起源和演化具有重要意義。首先，紅移現象揭示了宇宙的膨脹。根據哈勃定律，星系的紅移與其距離成正比，意味著宇宙正在不斷膨脹。這一發(fā)現是廣義相對論的宇宙學模型的重要依據。其次，紅移現象幫助科學家們理解了宇宙的演化歷程。利用紅移現象，可以測量遙遠星系的年齡，進而推斷出宇宙的年齡。此外，通過研究不同波長的紅移，可以了解宇宙早期的高能物理過程，如宇宙大爆炸、宇宙微波背景輻射等。綜上所述，紅移現象是宇宙學研究中的一個重要物理現象，對于理解宇宙起源和演化具有重要的指導意義。第二題題目：以下關于宇宙大爆炸理論的描述，正確的是（）A.宇宙起源于一個“奇點”，之后經歷了爆炸式的膨脹過程B.宇宙大爆炸理論是宇宙演化過程中的一個階段，不是宇宙起源的理論C.宇宙大爆炸理論是現代物理學的基石之一，但其具體機制尚未完全明確D.宇宙大爆炸理論認為宇宙起源于一個“奇點”，但該“奇點”之后發(fā)生了收縮答案：A、C解析：A選項正確。根據宇宙大爆炸理論，宇宙起源于一個極度高溫、高密度的“奇點”，隨后經歷了爆炸式的膨脹過程，形成了今天我們所看到的宇宙。C選項正確。宇宙大爆炸理論是現代物理學的重要基石之一，通過觀測宇宙微波背景輻射、宇宙膨脹速度等證據，得到了廣泛的認可。然而，關于宇宙大爆炸的具體機制，如“奇點”的本質、宇宙膨脹的原因等，目前尚未完全明確。B選項錯誤。宇宙大爆炸理論不僅解釋了宇宙起源，還涉及宇宙的演化過程，因此是宇宙起源和演化理論的一部分。D選項錯誤。宇宙大爆炸理論認為宇宙起源于一個“奇點”，之后經歷了爆炸式的膨脹過程，而非收縮。第三題題目：根據大爆炸理論，宇宙在大約138億年前從一個極熱、極密的狀態(tài)開始膨脹并冷卻，形成了今天我們所見的宇宙。請回答以下問題：1.描述大爆炸理論的基本觀點，并簡要說明它是如何解釋宇宙背景輻射存在的。2.解釋紅移現象及其與宇宙膨脹的關系。3.假設某星系發(fā)出的光譜線在地球上觀測到的位置比其在實驗室中的位置向長波方向移動了0.05個單位（即紅移值z=0.05），如果該星系發(fā)出的光譜線在實驗室中的波長為600納米，那么它在地球上的觀測波長是多少？這表明該星系正在遠離我們嗎？答案：1.大爆炸理論認為，宇宙起源于大約138億年前的一個非常密集且高溫的狀態(tài)，這個初始狀態(tài)被稱為奇點。從那時起，宇宙開始不斷膨脹和冷卻，物質逐漸形成原子核、原子以及分子等更復雜的結構。最終，這些物質聚集成恒星、行星和星系。宇宙背景輻射的存在是大爆炸理論的一個重要證據，它被認為是宇宙早期極熱狀態(tài)遺留下來的輻射。隨著宇宙的膨脹，這種輻射也逐漸冷卻，形成了現在可以觀測到的微波背景輻射。2.紅移是指來自遙遠天體的光線在到達觀察者時波長變長的現象。這是由于宇宙的膨脹導致空間本身也在伸展，從而使得光波在傳播過程中被拉長。因此，距離我們越遠的星系，它們遠離我們的速度就越快，所發(fā)出的光線的紅移也就越大。這種現象支持了宇宙膨脹的觀點，即宇宙正在不斷地擴大。3.使用公式計算地球上的觀測波長：λ其中z=0.05，λlab=600納米，則這表明該星系發(fā)出的光在到達地球時發(fā)生了紅移，波長變長至630納米。這一現象符合宇宙膨脹理論，說明該星系正遠離我們。解析：對于第一問，回答時重點在于概述大爆炸理論的核心概念——宇宙起源于一個高密度、高溫的狀態(tài)，并隨著時間的推移而膨脹和冷卻。同時，強調宇宙背景輻射作為這一理論的關鍵證據，它代表了宇宙早期條件下的遺留輻射，隨著宇宙的膨脹，這些輻射的波長也被拉長，最終成為了今天我們可以觀測到的微波背景輻射。在解答第二問時，需要解釋紅移的概念及其與宇宙膨脹之間的聯系。紅移不僅是宇宙膨脹的一個直接結果，也是科學家用來測量遙遠星系距離的重要工具。針對第三問，通過具體的計算展示了如何利用紅移值來確定觀測波長的變化。此計算基于宇宙學中的基本公式，證明了星系遠離我們時，其發(fā)射的光譜線會發(fā)生紅移，波長變長。這一現象不僅證實了宇宙的膨脹，也幫助天文學家了解宇宙的大尺度結構和動態(tài)。第四題題目：假設一個星系中的星體A和星體B相距200萬光年，根據哈勃定律，如果星體B以每年3萬公里的速度遠離星系中心，求星系中心的宇宙膨脹速度。答案：宇宙膨脹速度為1.2×10^-11m/s。解析：1.首先，將星體B遠離星系中心的距離轉換為米：200萬光年=200萬×9.46×10^12km=1.892×10^19m。2.將每年3萬公里轉換為米：3萬公里=3×10^4km=3×10^7m。3.接下來，根據哈勃定律，宇宙膨脹速度V與星體之間的距離D成正比，即V∝D。因此，可以通過比例關系計算宇宙膨脹速度：V=(3×10^7m)/(1.892×10^19m)≈1.59×10^-12m/s。4.最后，由于題目要求的是星系中心的宇宙膨脹速度，而星體B以每年3萬公里的速度遠離星系中心，因此需要將計算得到的宇宙膨脹速度乘以星系中心到星體B的距離，即：宇宙膨脹速度=1.59×10^-12m/s×200萬=3.18×10^-8m/s。5.由于答案要求保留一位有效數字，故將宇宙膨脹速度取為1.2×10^-11m/s。第五題題目：某科研小組在對宇宙的演化進行研究時，提出了一個假設：宇宙中的物質是在大爆炸后開始大量聚集形成星系和恒星，而其中一部分恒星在經過長時間的演化后會變成白矮星、中子星或黑洞。該小組設計了一個模型來模擬這一過程，并通過觀察在宇宙中發(fā)現的一些白矮星來驗證這個假設。根據以下信息，回答問題：1.如果一個正常恒星耗盡了其核心的核燃料并開始膨脹成紅巨星，它接下來會經歷哪些變化，最終可能形成哪種類型的天體？為什么？2.科研小組發(fā)現某顆白矮星的光度僅相當于太陽的1/1000，且其質量是相當于0.6倍太陽質量。如果按照當前觀測得到的數據，說明這顆白矮星可能屬于哪種類型的白矮星？請解釋你的理由。3.科研小組還發(fā)現了一些中子星，其中一顆的自轉周期為0.001秒?；谶@一觀測，你能得出關于中子星哪些物理特性的信息？請具體說明。請根據上述背景信息和已知數據，解答這三部分問題。答案：1.當一個正常恒星耗盡了其核心的核燃料并開始膨脹成紅巨星時，它的內部壓力降低，核心收縮并且溫度升高。如果這顆恒星的質量低于一定的臨界值（大約在8個太陽質量之間），其外層物質將被吹散而形成行星狀星云，同時核心會進一步收縮并冷卻，最終形成一顆白矮星。如果這顆恒星的質量超過了這個臨界值，自引力無法被進一步收縮的電子簡并壓所抵消，這顆恒星將會經歷一個超新星爆發(fā)，核心剩余物質可能