【培優(yōu)練習(xí)】《探索宇宙》（物理滬科八年級(jí)全一冊(cè)）.docx

探索宇宙培優(yōu)練習(xí) 1科學(xué)促進(jìn)技術(shù)發(fā)展，技術(shù)為科學(xué)發(fā)展提供有力支撐。隨著望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷著從迷信到科學(xué)，從狹隘到廣袤的過(guò)程。以下對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)由先到后的排序是 （填序號(hào)）日心說(shuō) 地心說(shuō) 大爆炸宇宙論。2天文觀測(cè)表明，幾乎所有遠(yuǎn)處的恒星（或星系）都在以各自的速度遠(yuǎn)離我們而去，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星體，遠(yuǎn)離我們運(yùn)動(dòng)的速度（稱為退行速度）越大。也就是說(shuō)，宇宙在膨脹，不同星體的退行速度。和離我們的距離r成正比，即“v=Hr”式中H為一常數(shù)，稱為哈勃常數(shù)（已由天文觀察測(cè)定）為解釋上述現(xiàn)象，有人提出一種理論，認(rèn)為宇宙是從一個(gè)“原始火球”發(fā)生大爆炸開(kāi)始形成的。假設(shè)大爆炸后各星體以不同的速度向外勻速運(yùn)動(dòng)，并設(shè)想我們就位于其中心，則速度越大的星體現(xiàn)在離我們?cè)竭h(yuǎn)，這一結(jié)果與上述天文觀察一致。由上述理論和天文觀察結(jié)果，可估算宇宙的年齡T，其計(jì)算式為T= 。根據(jù)近期觀察，哈勃常數(shù)H=3102m/（sly），其中，光年（ly）是光在一年中行進(jìn)的距離，由此可估算得宇宙的年齡約為 億年。3演繹式探究探索宇宙：（1）牛頓認(rèn)為，宇宙中任何兩個(gè)物體之間都存在引力，引力大小F引=k ，其中m1、m2分別為兩個(gè)物體的質(zhì)量，r為兩個(gè)物體間的距離，k=6.671011m3/（kgs2）可見(jiàn)，當(dāng)兩個(gè)物體間的距離增大時(shí)，它們之間的引力將變 。 用線繩拴著一個(gè)小球使它以手為圓心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，繩子對(duì)小球有一個(gè)向圓心拉的力，這個(gè)力叫做向心力。這是小球得以繞圓心做圓周運(yùn)動(dòng)的條件。宇宙中的星體也是如此：子星繞母星（衛(wèi)星繞行星、行星繞恒星）的運(yùn)動(dòng)可以近似地看作是勻速圓周運(yùn)動(dòng)（如圖），子星受到一個(gè)恒定的指向圓心（母星）的向心力，向心力的大小F心=m，其中m為子星質(zhì)量，v為子星繞母星勻速運(yùn)動(dòng)的速度，r為運(yùn)動(dòng)半徑（也即兩星之間的距離）并且，向心力的大小等于母星對(duì)它的引力F引。（2）已知月球繞地球一周所用的時(shí)間為T，地月之間的距離為r，請(qǐng)你推導(dǎo)出地球質(zhì)量M的數(shù)學(xué)表達(dá)式。4如圖所示，在吹一個(gè)表面畫有許多斑點(diǎn)的氣球時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，隨著氣球的鼓起，斑點(diǎn)間的距離在不斷變化。從任何一點(diǎn)出發(fā)，其他的點(diǎn)都可以以它為中心向四周散開(kāi)，并且距離越遠(yuǎn)散開(kāi)的速度越快。如果我們把這個(gè)氣球比作宇宙，試回答下列問(wèn)題。（1）根據(jù)多譜勒效應(yīng)，當(dāng)星系靠近觀察者時(shí)，見(jiàn)到的星光光譜線向頻率高的藍(lán)光方向移動(dòng)，反之則向紅光方向移動(dòng)。把氣球上的斑點(diǎn)看作一個(gè)個(gè)星系，并選定一個(gè)作為太陽(yáng)系。當(dāng)我們把氣球逐漸吹起時(shí)，以太陽(yáng)系為觀測(cè)中心，我們觀測(cè)到的星系大多在向 光方向移動(dòng)，也就是說(shuō)它們都在 （靠近/遠(yuǎn)離）太陽(yáng)系，并且距離太陽(yáng)系越遠(yuǎn)的星系移動(dòng)的速度越 （快/慢）。（2）實(shí)驗(yàn)說(shuō)明大多數(shù)星系之間的距離都在 ，由此推測(cè)宇宙正處于 之中。（3）這種研究宇宙的方法是 A對(duì)比法 B類比法 C模型法 D控制變量法。5如圖所示，銀河系是由群星和彌漫物質(zhì)集合成的一個(gè)龐大天體系統(tǒng)。銀河系發(fā)光部分的直徑約7104Ly，最大厚度約為1104Ly，像一個(gè)中央凸起四周扁平的旋轉(zhuǎn)鐵餅。銀河系中有大約21011顆恒星，太陽(yáng)只是銀河系中的一顆普通恒星。恒星彼此之間相距很遠(yuǎn)。離太陽(yáng)最近的比鄰星也有4.3Ly之遙。太陽(yáng)也是一個(gè)發(fā)光星體，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)熱氣體（嚴(yán)格說(shuō)是等離子體）球，由里向外分別為太陽(yáng)核反應(yīng)區(qū)、通訊衛(wèi)星對(duì)流層、太陽(yáng)大氣層。（1）Ly是表示 （選填“時(shí)間”、“溫度”、“質(zhì)量”、“密度”或“長(zhǎng)度”）的單位。（2）地面上的物質(zhì)通常是以 、 、 三種狀態(tài)存在，而太陽(yáng)上的物質(zhì)通常是以 態(tài)存在的。（3）若銀河系發(fā)光部分的體積約為41012（Ly。）3，則銀河系中恒星的密度為 顆/（Ly。）3。答案和解析1【解答】解：隨著望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷著從迷信到科學(xué)，從狹隘到廣袤的過(guò)程。先是地心說(shuō)、再是日心說(shuō)、再是大爆炸宇宙論，故先后次序是；故答案為：；2【解答】解：不同的星體的退行速度v和它們離我們的距離r成正比，即v=Hr；假設(shè)大爆炸后各星體即以不同的速度向外勻速運(yùn)動(dòng)，則有：r=vT；聯(lián)立求解可得到時(shí)間T=，一光年=3108m/s年代入數(shù)據(jù)T=1010年=100億年。故答案為：；100。3【解答】解：（1）由F引=k知：當(dāng)兩個(gè)物體間的距離r增大時(shí)，它們之間的引力將變?。唬?）向心力F心=m=m=m =m ，設(shè)月球質(zhì)量為m，地球質(zhì)量為M，月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由地球?qū)υ虑虻娜f(wàn)有引力提供，即：=m r，所以M=。答：（1）變?。唬?）地球質(zhì)量的表達(dá)式為M=。4【解答】解：（1）把氣球上的斑點(diǎn)看作一個(gè)個(gè)星系，并選定一個(gè)作為太陽(yáng)系。當(dāng)我們把氣球逐漸吹起時(shí)，氣球上的斑點(diǎn)遠(yuǎn)離太陽(yáng)系。以太陽(yáng)系為觀測(cè)中心，星光光譜線向頻率低的紅光方向移動(dòng)。發(fā)光星體接近觀測(cè)者時(shí)，星光光譜線向頻率高的藍(lán)光方向移動(dòng)；當(dāng)離開(kāi)觀測(cè)者時(shí)，星光光譜線向頻率低的紅光方向移動(dòng)。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，我們所觀測(cè)到的星系的星光光譜線大多向頻率低的紅光方向移動(dòng)。即星系都在遠(yuǎn)離我們而去；星系離我們?cè)竭h(yuǎn)，運(yùn)動(dòng)的速度越快；星系間的距離在不斷的擴(kuò)大。（2）根據(jù)現(xiàn)在絕大多數(shù)星系兩兩之間的距離都在增加這一現(xiàn)象，可以推測(cè)宇宙正在膨脹之中。因此，科學(xué)家推測(cè)宇宙是由大爆炸產(chǎn)生的。（3）用充氣的氣球說(shuō)明宇宙膨脹，采用的類比法。故答案為：（1）紅；遠(yuǎn)離；快；（2）變大；膨脹；（3）B。5【解答】解：（1）由銀河系發(fā)光部分的直徑約7104Ly可知Ly是一長(zhǎng)度單位；（2）地面物