高中物理 第五章 相对论 第四节 广义相对论第五节 宇宙学简介自我小测 粤教版选修3-4.doc

第四节 广义相对论第五节 宇宙学简介1下列哪些属于广义相对论的结论()a尺缩效应b时间变慢c光线在引力场中偏转 d水星近日点的进动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八大行星c太阳系由太阳和许多行星及它们的卫星和彗星组成d以上说法都正确3人类最早对宇宙的认识学说是()a地心说 b日心说c大爆炸学说 d以上说法都不正确4人类第一个进入太空的宇航员是()a美国人 b苏联人 c中国人 d德国人5下面关于宇宙的说法中正确的是()a宇宙是由银河系和太阳系组成的b宇宙只是由银河系组成，太阳是银河系中的一员c宇宙中数十亿个星系，银河系是其中的一员d太阳系中只有八大行星绕太阳运行6关于宇宙的成因，目前比较易被接受的是宇宙起源于_7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，若有反粒子，它的质量数和电荷数分别为多少？81997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，万有引力常量g6.671011nm2/kg2)9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的球状星体，万有引力常量g6.671011nm2/kg2)10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g6.671011nm2/kg2、光速c2.99108 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m1.981030 kg，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脱离宇宙问宇宙的半径至少多大？参考答案1解析：证明广义相对论的实例有：光线在引力场中偏转；水星近日点的进动答案：cd2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，除此之外还有2 000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：c3解析：人类对宇宙的认识是一个渐近的过程，在人类历史上，相当长的时期内，人们认为地球是宇宙的中心，后来哥白尼提出了“日心说”，认为太阳是宇宙中心，后来人类对宇宙的起源进行探究，物理学家伽莫夫提出了大爆炸学说答案：a4解析：苏联和美国是载人航天技术开展较早的国家第一个登上月球的是美国宇航员阿姆斯特朗，第一个进入太空的是苏联宇航员加加林中国于2003年10月16日实现载人航天答案：b5解析：宇宙中有数十亿个星系，银河系是这数十亿个星系中的一个，太阳是银河系中的一员答案：c6解析：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具代表性并为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7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，反粒子的质量数为4，电荷数为2.答案：428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，即使黑洞表面的物体初速等于光速也逃脱不了引力的作用解析：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60亿千米是星体正以2 000 km/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m3.61035kg.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r()2r3108 m当物体速度vc时，得rr，所以r是最大半径答案：3108 m9解析： (1)如下图所示，设中子星的圆轨道半径为r，质量为m，由万有引力提供向心力，可得m2r又当rr(中子星的半径)时，卫星的运行周期最小，注意到m，由此可得tmin1.2103s.(2)设中子星的质量为m，半径为r，密度为，自转角速度为.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m2r，又m，整理可得，代入数据，可得min1.31014 kg/m3.答案：(1)1.2103s(2)1.31014 kg/m310解析：(1)由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v2c，所以r2.93 km，即太阳成为黑洞时的最大半径为2.93 k