5.3 宇宙的起源和演化 一、选择题（共 15 题） 1．木村星系离地球为一亿光年，下列叙述错误的是（　　） A．木村星系的光需一亿年才能到达地球 B．在地球所见的为一亿年前的木村星系 C．可推知木村星系可能形成在五千万年前 D．木村星系中最老的恒星年龄应该超过一亿年 2．下面关于宇宙的说法正确的是（　　） A．宇宙是由银河系和太阳系组成的 B．宇宙是由地球和银河系组成的 C．太阳系中只有八大行星绕它运行 D．宇宙中有数十亿个星系，银河系是其中的一员 3．太阳系在银河系的（ A．中心 ）． B．中心附近 C．一条旋臂的中心 D．一条旋臂的边缘 4．下列关于恒星寿命的说法正确的是（　　） A．质量大的恒星寿命长 B．质量小的恒星寿命长 C．恒星的寿命与其质量无关 D．无法确定 ） 5．太阳燃料全部耗尽，最终会变成一颗（ A．白矮星 B．中子星 C．黑洞 6．关于太阳系中的行星的说法正确的是（）． A．金星和地球的外壳都是由坚硬的岩石组成的 B．火星和木星的外壳都是由坚硬的岩石组成的 C．水星和金星没有坚硬的外壳，是气态行星 D．天王星有坚硬的外壳，是太阳系中最大的一颗行星 7．下列关于宇宙的说法错误的是（　　） A．质量大的恒星寿命反而比较短 B．恒星的演化分为诞生期、存在期和死亡期 C．光年（1.y.）是一个时间单位，表示一年的时间 D．银河系是一种旋涡状星系，太阳现在正处于其中的一条旋臂上 D．黑矮星 ） 8．关于恒星的演化，下列说法中正确的是（ A．星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，中子星就形成了 B．恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星 C．小恒星燃料耗尽后会收缩成密度极大的白矮星 D．超巨星爆炸后外层物质会扩散到太空中成为星云，内部物质形成新的恒星 9．质量比太阳小的恒星最终会演化成（　　） A．白矮星 B．中子星 C．脉冲星 10．关于恒星的温度、亮度和颜色，下列说法中正确的（ D．黑矮星 ） A．恒星的颜色与表面温度有关，最冷的呈红色，最热的比太阳稍蓝 B．视星等越高的恒星，表面温度就越高 C．绝对星等越高的恒星，我们看到的就越亮 D．恒星的绝对星等仅决定于它的表面温度 11．晴朗的夜空繁星闪烁，有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝。对于“红星”和“蓝星”表面的温度，你的 判断是（　　） A．“红星”高 B．“蓝星”高 C．一样高 D．无法判断 C．亮度 D．温度 12．一颗恒星的寿命取决于它的（　　） A．体积 B．质量 13．太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子 在向地球传播的过程中衰变成一个 μ 子和一个 τ 子。若在衰变过程中 μ 子的速度方向与中微子的速度方向 一致，则 τ 子的运动方向（　　） A．一定与 μ 子的方向相同 B．一定与 μ 子的方向相反 C．一定与 μ 子在同一直线上 D．不一定与 μ 子在同一直线上 14．为了探究宇宙起源，科学家将利用阿尔法磁谱仪（AMS）在太空中寻找“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，则反氢 原子是（　　） A．由 1 个带正电荷的质子和 1 个带负荷的电子构成 B．由 1 个带负电荷的反质子和 1 个带正电荷的正电子构成 C．由 1 个带负电荷的反质子和 1 个带负电荷的电子构成 D．由 1 个不带电荷的中子和 1 个带正电荷的正电子构成 15．2017 年 10 月 16 日，全球多国科学家同步举行新闻发布会，宣布人类第一次利用激光干涉法直接探测 到来自双中子星合并（距地球约 1.3 亿光年）的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号， 此后 2 秒，美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴，这是人类历史上第一次使用引力波天 文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件，标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进 入一个新时代，也证实了爱因斯坦 100 多年前在广义相对论中有关引力波的预言，引力波是由黑洞、中子 星等碰撞产生的一种时空涟漪，宛如石头丢进水里产生的波纹．根据以上信息判断正确的是 A．引力波的传播速度等于光束 B．具有质量的物体能产生引力波 C．干涉是波具有的性质，所以激光也是一种波 D．引力波的传播需要空气作为介质 二、填空题 16．如图（a）所示为拍到的月食照片，这一现象很好地说明了________________．图（b）所示为北极星 附近的星星长时间曝光的照片，它又很好地说明___________________． 17．天文学家根据恒星的物理特征来分类，用来分类的主要特征是____________、____________和______ ______． 18．恒星的相对亮度常用________来表示，直接由光度测量得到的星等称为________，恒星在离一个标准 距离情况下所具有的亮度称为________． 19．一颗恒星的寿命取决于它的质量，质量大的恒星虽然可以燃烧的核燃料较多，但它____________，所 以寿命____________．试利用图估算，一颗质量为太阳 2 倍的恒星的寿命约为____________． 三、综合题 20．简述恒星的演化过程。 21．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释 放出的大量能量就是太阳的能源。（已知质子质量为 mH＝1.007 3 u，氦核质量为 mHe＝4.001 5 u，电子质 量为 me＝0.000 55 u） (1)写出这个核反应方程； (2)这一核反应能释放多少能量？ (3)已知太阳每秒释放的能量为 3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？ 11 � 22．某恒星的周年视差为 0.25� ，1 月份和 7 月份地球移动的直线距离为 3 �10 m ，试估算该恒星离地球的 距离． 23．太阳现在处于主序星演化阶段，它主要是由电子和 核聚变反应，核反应方程式是 201 e  411 H � 42 He 1 1 H 、氦等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的 ，该核反应每发生一次放出的核能约为 E0  4.2 �1012 J 些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而便太阳中的 1 1 H ，这 核数目减少 10%，则太阳将离开主序星阶段进入巨星的演化阶段。为了简化计算，现假定太阳全部由电子和 1 1 H 核组 成。 6 (1)为了研究太阳演化过程，需要知道太阳的质量 M。已知地球半径 R  6.4 �10 m ，地球质量 m  6.0 �10 24 kg ，日地中心距离 r  1.5 �1011 m ，地球表面处的重力加速度 g  10m/s 2 ，试估算太阳目前的 7 质量。（1 年取 3.2 �10 s ） (2)又已知地球上与太阳光垂直的每平方米面积上每秒钟得到的太阳辐射能为   1351.5W/m ，试估算太阳 2 继续保持在主序星阶段还有多少年？（估算结果只要求保留一位有效数字）参考答案： 1．C 【详解】 因为木村星系距离地球是一亿光年，所以，木村星系的光需一亿光年才能到达地球，也是地球所见的为一 亿年前的星系，可推知，木村星系中最老的恒星年龄超过一亿年，由此可得，ABD 不符合题意，C 符合题 意。 故选 C。 2．D 【详解】 宇宙中有数十亿个星系，银河系是这数十亿个星系中的一员，太阳是银河系中的一员。太阳周围除了八大 行星之外，还有若干小行星，彗星等天体绕太阳运动。 故选 D。 3．D 【详解】 天文观测发现太阳系在银河系的一条旋臂的边缘，D 正确，ABC 错误； 故选 D。 4．B 【详解】 恒星的寿命跟其质量有关，质量越大的恒星核反应剧烈，寿命越短，质量越小的恒星核反应不够剧烈寿命 越长，ACD 错误，B 正确。 故选 B。 5．D 【详解】 太阳在内部的核燃料用尽后首先会体积变大，变成红巨星。红巨星靠燃烧太阳外层的核燃料继续保持发光 发热。等到所有的燃料燃尽后，由于太阳自身巨大的质量形成的万有引力的作用下，会迅速向中心榻缩成 密度极大、原子紧密排列的白矮星。白矮星靠太阳残留的少量热量继续发出微弱的光芒。在最后的一点热 量耗尽后，太阳将最终变成一颗不发光也不发热的冰冷的黑矮星。 A． 白矮星与分析不符，故 A 错误。 B． 中子星与分析不符，故 B 错误。 C． 黑洞与分析不符，故 C 错误。 D． 黑矮星与分析相符，故 D 正确。 6．A 【详解】 太阳系的八大行星中，木星是气体星球，且是太阳系中最大的行星，其余都是由坚硬的岩石组成的，故 A 正确，BCD 错误； 故选 A。 7．C 【详解】 A．恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短，故 A 正确； B．恒星的演化分为诞生期、存在期和死亡期，故 B 正确； C．光在一年中走过的路程是光年，光年是天文学上常用的长度单位，故 C 错误； D．宇宙是由很多星系组成的，银河系是一种旋涡状星系，太阳是银河系中的一颗恒星，故 D 正确； 本题选择错误的，故选 C。 8．B 【详解】 A． 星云在引力作用下不断收缩，内部温度升高引发了核反应，恒星就形成了，故 A 错误。 B． 恒星燃料耗尽后外层开始膨胀，变成巨星或超巨星，故 B 正确。 C． 小恒星燃料耗尽后会收缩成白矮星，但密度并非极大，白矮星的密度小于中子星，故 C 错误。 D． 超巨星爆炸后外层物质继续扩散到太空中，成为星云的组成部分，而后这些星云会收缩成为一颗新的 恒星，故 D 错误。 9．D 【详解】 质量比太阳小的恒星演化过程为红巨星到白矮星到黑矮星。 故选 D。 10．A 【详解】 A． 恒星的表面颜色取决于它的表面温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝，所以最冷的 呈红色，最热的比太阳稍蓝，故 A 正确。 BCD． 恒星的星等衡量的是发光能力，而发光能力既和表面温度有关，也和发光面积有关，故星等越高的 恒星，表面温度不一定越高，也不一定越亮，故 BCD 错误。 11．B 【详解】 发光能力和表面温度有关，对于我们看到的恒星来说，温度越低的恒星颜色越红，而温度越高的恒星颜色 越蓝，则说明“蓝星”表面温度要高，故 B 正确，ACD 错误。 故选 B。 12．B 【详解】 恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星内部的核反应就更加剧烈。所以 B 正确；ACD 错误； 故选 B。 13．C 【详解】 中微子衰变成 μ 子和 τ 子的过程中满足动量守恒定律，μ 子的速度方向与中微子的速度方向一致，则 τ 子的 运动