今晚宇宙射线入侵地球

篇一：宇宙射线-超光速

宇宙射线

所谓宇宙射线，指的是来自于宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流。1912年，德国科学家韦克多·汉斯带着电离室在乘气球升空测定空气电离度的实验中，发现电离室内的电流随海拔升高而变大，从而认定电流是来自地球以外的一种穿透性极强的射线所产生的，于是有人为之取名为“宇宙射线”。

宇宙射线还存在着转化、簇射的过程。除中微子外，几乎所有的高能宇宙射线，在穿过大气层时都要与大气中的氧、氮等原子核发生碰撞，并转化出次级宇宙线粒子，而超高能宇宙线的次级粒子又将有足够能量产生下一代粒子，如此下去，一级一级的转化，将会产生一个庞大的粒子群。1938年，法国人奥吉尔在阿尔卑斯山观测发现了这一现象，并将其命名为“广延大气簇射”。

时至今日，宇宙射线的研究已逐渐成为了天体物理学研究的一个重要领域，许多科学家都试图解开宇宙射线之谜。可是一直到现在，人们都并没有完全了解宇宙射线的起源。一般的认为，宇宙射线的产生可能与超新星爆发有关。对此，一部分科学家认为，宇宙射线产生于超新星大爆发的时刻，“死亡”的恒星在爆发之时放射出大能量的带电粒子流，射向宇宙空间；另一种说法则认为宇宙射线来自于爆发之后超新星的残骸。

不管最终的定论将会如何，科学家们总是把极大的热情投入到宇宙射线的研究中去。关于为什么要研究宇宙射线，罗杰·柯莱在其著作《宇宙飞弹》作出了精辟的阐释：

“宇宙射线的研究已变成天体物理学的重要领域。尽管宇宙射线的起源至今未能确定， 人们 已普遍认为对宇宙射线的研究能获得宇宙绝大部分奇特环境中有关过程的大量信息：射电星系、类星体以及围绕中子星和黑洞由流入物质形成的沸腾转动的吸积盘的知识。我们对这些天体物理学客体的理解还很粗浅，当今宇宙射线研究的主要推动力是渴望了解大自然为什么在这些 天体上能产生如此超常能量的粒子。”

出于对宇宙射线研究的重视，世界各国纷纷投入资金与设备对其展开研究。前苏联、日本、中国、美国、法国等国家相继建立了宇宙射线观测站。虽然宇宙射线的起源尚无定论，但科学家们仍然逐步了解了宇宙射线的种种特性，以及对地球和人类环境的影响。

虽然当宇宙射线到达地球的时候，会有大气层来阻挡住部分的辐射，但射线流的强度依然很大，很可能对空中交通产生一定程度的影响。比方说，现代飞机上所使用的控制系统和导航系统均有相当敏感的微电路组成。一旦在高空遭到带电粒子的攻击，就有可能失效，给飞机的飞行带来相当大的麻烦和威胁。

还有科学家认为，长期以来普遍受到国际社会关注的全球变暖问题很有可能也与宇宙射线有直接关系。这种观点认为，温室效应可能并非全球变暖的惟一罪魁祸首，宇宙射线有可能通过改变低层大气中形成云层的方式来促使地球变暖。这些科学家的研究认为，宇宙射线水平的变化可能是解释这一疑难问题的关键所在。他们指出，由于来自外层空间的高能粒子将原子中的电子轰击出来，形成的带电离子可以引起水滴的凝结，从而可增加云层的生长。也就是说，当宇宙射线较少时，意味着产生的云层就少，这样，太阳就可以直接加热地球表面。对过去20年太阳活动和它的放射性强度的观测数据支持这种新的观点，即太阳活动变得更剧烈时，低空云层的覆盖面就减少。这是因为从太阳射出的低能量带电粒子(即太阳风)可使宇宙射线偏转，随着太阳活动加剧，太阳风也增强，从而使到达地球的宇宙射线较少，因此形成的云层就少。此外，在高层空间，如果宇宙射线产生的带电粒子浓度很高，这些带电离子就有可能相互碰撞，从而重新结合成中性粒子。但在低空的带电离子，保持的时间相对较长，因此足以引起新的云层形成。

此外，几位美国科学家还认为，宇宙射线很有可能与生物物种的灭绝与出现有关。他们认为，某一阶段突然增强的宇宙射线很有可能破坏地球的臭氧层，并且增加地球环境的放射性，导致物种的变异乃至于灭绝。另一方面，这些射线又有

可能促使新的物种产生突变，从而产生出全新的一代。这种理论同时指出，某些生活在岩洞、海底或者地表以下的生物正是由于可以逃过大部分的辐射才因此没有灭绝。从这种观点来看，宇宙射线倒还真是名副其实的“宇宙飞弹”。 根据1905年发表的爱因斯坦狭义相对论，没有物体的运动速度能够超过光速。然而，意大利科学家

今年9月在实验中观测到，中微子比光子速度快十亿分之一秒，在物理学界引起了——

超光速震撼

日期：2011-11-02 作者：张操 来源：文汇报

欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）

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□张操

新闻背景

今年9月22日，著名的英国《自然》杂志网站报道了意大利格兰萨索国家实验室的OPERA研究团队探测到μ中微子超光速现象。报道说，一个重达1800吨的探测器安放在1400米的地下深处，探测来自欧洲核子研究中心的μ中微子。在这段长达730千米的粒子通道上，利用全球定位系统（GPS）对两地时间进行校准，研究人员发现中微子“跑”过这段距离的速度比光速快了60纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）。

宇宙中的小精灵

在基本粒子家族中，中微子的行为最难以捉摸，是宇宙中的小精灵。顾名思义，中微子不带电，是个中性粒子。与它的“大哥”——中子相比较，它们的“性格”差异很大。中子表面上是个中性粒子，可是内部有复杂的电磁结构，而中微子内部完全不带电。中微子有3种类型，即电子中微子、μ中微子（缪中微子）和τ中微子（陶中微子）。从质量上讲，中微子的固有质量至少要比中子小一亿倍，微小到几乎为零，所以非常难以被测量到。物理学家通常认为中微子以光速运动。

当物理学家刚开始认识小精灵中微子时，它就引起了第一次震撼。大约在100年以前，物理学家就发现了放射性元素β衰变现象。他们进一步发现β衰变过程中发射出的电子的能量是不固定的，这就违反了物理学中的能量守恒定律。为了“挽救”物理学的这个基本定律，奥地利物理学家泡利在1930年提出了中微子假设。他假定在放射性元素β衰变中，产物粒子不仅仅是电

子，还有一个中性的微小粒子，即中微子。1933年，费米利用中微子假设完善了β衰变理论。他指出，中微子与物质发生弱相互作用。于是小精灵中微子成为了捍卫能量守恒定律的勇士，虽然人们在实验上测量到它是20年后的事情。

第二次震撼发生在1956年，李政道和杨振宁在研究某种基本粒子的特性时发现：在中微子参与的弱相互作用的所有实验中，宇称不守恒。他们指出，中微子都是左旋的，而反中微子都是右旋的。这些创新理论很快得到实验证明，于是李政道和杨振宁在1957年获得诺贝尔物理奖。小精灵中微子大显威风。

最近一次震撼发生在今年9月22日，欧洲研究人员发现了中微子的运动速度竟然超光速，小精灵中微子的神速震惊了全世界。

超光速实验震惊同行

英国《自然》杂志网站9月22日报道，欧洲研究人员发现了难以解释的中微子超光速现象，这一现象违背了爱因斯坦相对论。据报道，意大利格兰萨索国家实验室的一个名为OPERA的实验项目接收了来自欧洲核子研究中心的中微子，两地相距730公里，中微子“跑”过这段距离的时间比光速还快了60纳秒(1纳秒等于十亿分之一秒)。研究人员对此持谨慎态度，欧洲核子研究中心OPERA实验发言人埃雷迪塔托说:“我们对我们的结果很有信心。我们已经反复核查过所有可能造成测量结果的误差,但没有发现差错。”他说:“我们现在希望同行们独立检查这些结果。”

上面那张超光速中微子实验装置的示意图，取自OPERA实验团队发表的论文。论文上署名人数多达180人。图中白色半圆代表位于日内瓦的欧洲大型强子对撞机（LHC）的质子跑道。图上方的深色圆柱体代表质子撞击的靶子。撞击后产生的介子进入图中黑色的管道，介子在撞击靶子后，同时产生了μ介子和μ中微子。图下方的小白点即代表μ中微子；深色小圆柱体代表μ介子探测器，它记录μ中微子的起步时间。中微子可以轻易地穿过地球，所以射向意大利格兰萨索国家实验室的中微子大部分穿了过去，仅仅一小部分被测量到。

欧洲OPERA实验项目的原本目的是为了检验μ中微子与τ中微子的转换，即中微子振荡。他们在三年的时间中总共进行了一万六千次中微子发射，而每一次的结果都指向同一事实：这些中微子就是要比光速快,这是一个石破天惊的意外发现。参与实验的瑞士伯尔尼大学的伊拉蒂塔托说，他和同事被这一结果震惊了，他们随后仔细考虑了实验中其他各种因素的影响，认为这个观测结果站得住脚，于是决定将其公开。

由于超光速中微子触犯了物理学的圣经——狭义相对论，物理学界一片哗然。有位著名的物理学家几乎不加思考地对记者说：“我打赌他们是错的”。他还对记者表示：最新证明光速被打破的实验结果不太可能是真的。可是著

篇二：超高能中微子发现难解宇宙射线谜题

超高能中微子发现难解宇宙射线谜题 2015

年09月02日09:34 新浪科技 微博 我有话说 收藏本文

这张插图显示的是IceCube中微子观测站的最新发现。每个空心圆圈表示的是未受撞击的光学模块；填色的圆圈则是受到撞击的模块，半径的大小表示所探测到的光子数量。颜色代表的是相对时间(按红色、橙色、

黄色、绿色和蓝色的次序)。不过，在选定的尺度上，时间并没有太大用处。

新浪科技讯 北京时间9月2日消息，近日，在南极的IceCube中微子观测站，研究人员探测到了第4个超高能中微子，这也是目前发现的能量最高的中微子。IceCube观测站位于南极的冰层之下，在1立方公里的范围内布置了数千个探测器，用于捕捉中微子击中原子时产生的闪光。

在一项对μ中微子天体物理的探索中，德国亚琛工业大学的研究人员获得了这一发现。他们的主要研究目标是确定此前IceCube对其他宇宙中微子的测量是否准确。新的超高能量中微子是一个意料之外的收获。

科学家曾经希望超高能量中微子能引出超高能量宇宙射线——如星系中央的超大质量黑洞或极超新星爆发，但据劳伦斯伯克利国家实验室的斯潘塞·克莱恩(Spencer Klein)介绍，近期的中微子新发现只会使宇宙射线的起源之谜变得更加扑朔迷离。

借助5160个光学探测器观察到的μ子轨迹，研究者发现了这个新的中微子。这些探测器所用的电子设备由劳伦斯伯克利国家实验室的科学家和工程师参与设计并建造。μ子与电子具有相似的性质，在μ中微子与原子核相互作用时会释放μ子。新发现的μ子具有极高的能量，约为2600TeV，它只能由一个超高能量的中微子产生。该μ子的轨迹长达数公里，IceCube的探测器无法捕捉到全部轨迹。这意味着，释放μ子的中微子所具有的能量很可能比探测器观测到的高好几倍。

与μ子将科学家引向中微子类似，中微子也能指向宇宙射线的起源问题。据推测，宇宙射线是来源于银河系外超高能量源的带电粒子。由于带有电荷，这些粒子到达地球的轨迹常常是混乱、扭曲的，围绕在太空中的磁场周围。

科学家认为，超高能中微子与宇宙射线具有相同的来源，而与后者不同的是，中微子是中性的，它们因此也能以直线传播。因此，如果捕获到一个中微子，只要顺着它来的方向，就可以追溯到宇宙射线的来源。

然而，近几年中，太空中指向中微子可能源头的探测器并没有给出明显的候选来源。事实上，当探测器指向新发现中微子到来的方向时，并没有发现任何高能的现象。因此，有些理论物理学家提出，这些超高能中微子实际可能是宇宙诞生时的遗留，并不会像物理学家之前认为的那样具有对称性。

与此同时，近期对IceCube观测站以往数据的分析显示，传统认为的宇宙射线来源，如超大质量黑洞的可能性依然很高。当然，超高能量中微子和宇宙射线的来源问题还远没有解决，新发现的中微子也并没有为这一问题提供线索。“IceCube观测站的许多人，包括我在内，都花了相当多的时间，试图搞清楚这意味着什么，”克莱恩说，“但现在我们还什么都不知道。”(任天)

篇三：2015-2009海淀高三第一学期期末物理试题汇编--磁场

海淀区高三第一学期期末2009-2015 磁场试题

1．（2015）2关于电场强度和磁感应强度，下列说法中正确的是 AB

FA．电场强度的定义式E =q适用于任何静电场

B．电场中某点电场强度的方向与在该点的带正电的检验电荷所受电场力的方向相同

FC．磁感应强度公式B=IL说明磁感应强度B与放入磁场中的通电导线所受安培力F成正

比，与通电导线中的电流I和导线长度L的乘积成反比

FD．磁感应强度公式B=IL 说明磁感应强度的方向与放入磁场中的通电直导线所受安培

力的方向相同

2．(2012)1下列说法中正确的是（ B ）

A．在静电场中电场强度为零的位置，电势也一定为零

B．放在静电场中某点的检验电荷所带的电荷量q发生变化时，该检验电荷所受电场力F与其电荷量q的比值保持不变

C．在空间某位置放入一小段检验电流元，若这一小段检验电流元不受磁场力作用，则该位置的磁感应强度大小一定为零

D．磁场中某点磁感应强度的方向，由放在该点的一小段检验电流元所受磁场力方向决定

3．(2011)6在我们生活的地球周围，每时每刻都会有大量的由带电粒子组成的宇宙射线向地球射来，地球磁场可以有效地改变这些宇宙射线中大多数带电粒子

的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要

的意义。若有一束宇宙射线在赤道上方沿垂直于地磁场方向射向地

球，如图6所示，在地磁场的作用下，射线方向发生改变的情况是

（ D ）

图6 A．若这束射线是由带正电荷的粒子组成，它将向南偏移

B．若这束射线是由带正电荷的粒子组成，它将向北偏移

C．若这束射线是由带负电荷的粒子组成，它将向东偏移

D．若这束射线是由带负电荷的粒子组成，它将向西偏移

4．(2014)8在图7所示的空间直角坐标系所在的区域内，同时存在匀强电场E和匀强磁场B。

已知从坐标原点O沿x轴正方向射入的质子，穿过此区域时未发生偏转，则

可以判断此区域中E和B的方向可能是BC

A．E和B都沿y轴的负方向 B．E和B都沿x轴的正方向 C．E沿y轴正方向，B沿z轴负方向 图

7 D．E沿z轴正方向，B沿y轴负方向

5．(2014)10图9所示为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成：粒子源N；P、Q间的加速电场；静电分析器，即中心线半径为R的四分之一圆形通道，通道内有均匀辐射电场，方向沿径向指向圆心O，且与圆心O等距的各点电场强度大小相等；磁感应强度为B的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外；胶片M。

由粒子源发出的不同带电粒子，经加速电场加速后进入

静电分析器，某些粒子能沿中心线通过静电分析器并经小孔S

垂直磁场边界进入磁场，最终打到胶片上的某点。粒子从粒

子源发出时的初速度不同，不计粒子所受重力。下列说法中正确的是C

图9

A．从小孔S进入磁场的粒子速度大小一定相等

B．从小孔S进入磁场的粒子动能一定相等

C．打到胶片上同一点的粒子速度大小一定相等

D．打到胶片上位置距离O点越远的粒子，比荷越大

6．(2009)9如图8甲所示，在空间存在一个变化的电场和一个变化的磁场，电场的方向水平向右（图8甲中由B到C），电场强度的大小随时间变化情况如图8乙所示；磁感应强度方向垂直于纸面, 磁感应强度的大小随时间变化情况如图8丙所示。在t=1s时，从A点沿AB方向（垂直于BC）以初速度v0射出第一个粒子，并在此之后，每隔2s有一个相同的粒子沿AB方向均以初速度v0射出，射出的粒子均能击中C点。若AB＝BC=l，且粒子由A运动到C的运动时间均小于1s。不计空气阻力及电磁场变化带来的影响，则以下说法正确的是（ ABC ）

B E B

0E0

v00 2 4 6 8 丙 乙

甲

A．磁场方向垂直纸面向外 图8

B．电场强度E0和磁感应强度B0的比值E0/B0＝2 v0

C．第一个粒子由A运动到C所经历的时间t1??l

2v0

D．第二个粒子到达C点的动能等于第一个粒子到达C点的动能

7．（2015）10回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展。回旋加速器的原理如图9所示，D1和D2是两个正对的中空半圆金属盒，它们的半径均为R，且分别接在电压一定的交流电源两端，可在两金属盒之间的狭缝处形成变化的加速电场，两金属盒处于与盒面垂直、磁感应强度为B的匀强磁场中。A点处的粒子源能不断产生带电粒子，它们在两盒之间被电场加速后在金属盒内的磁场中做匀速圆周运动。调节交流电源的频率，使得每当带电粒子运动到两金属盒之间的狭缝边缘时恰好改变加速电场的方向，从而保证带电粒子能在两金属盒之间狭缝处总被加速，且最终都能沿位于D2盒边缘的C口射出。该回旋加速器可将原来静止的α

粒子（氦的原子核）加速到最大速率v，使它获得的最大动能为接

交 S Ek。若带电粒子在A点的初速度、所受重力、通过狭缝的时间及C口的口径大小均可忽略不计，且不考虑相对论效应，则用该回源 旋加速器 D 1A．能使原来静止的质子获得的最大速率为v 2

1B．能使原来静止的质子获得的动能为Ek 4图9

C．加速质子的交流电场频率与加速α粒子的交流电场频率之比为1：1

D．加速质子的总次数与加速α粒子总次数之比为2：1

8.(2013)9霍尔式位移传感器的测量原理如图9所示，有一个沿z轴方向均匀变化的匀强磁场，磁感应强度B=B0+kz(B0、k均为常数)。将霍尔元件固定在物体

上，保持通过霍尔元件的电流I不变(方向如图9所示)，

当物体沿

z轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同。则 ( AB )

A.磁感应强度B越大，上、下表面的电势差U越大

B.k越大，传感器灵敏度越高 △U

△z

C.若图中霍尔元件是电子导电，则下板电势高

D.电流I越大，上、下表面的电势差U越小

9.(2013)10狄拉克曾经预言，自然界应该存在只有一个磁极的磁单极子，其周围磁感线呈均匀辐射状分布，距离它r处的磁感应强度大小为B=k(k为常数)。磁单极S的磁场分布如图甲所示，r2

它与如图乙所示负点电荷Q的电场分布相似。假设磁

单极子S和负点电荷Q均固定，有一带电小球分别在S

和Q附近做匀速圆周运动，则关于小球做匀速圆周运

动的判断正确的是ABC

A.若小球带正电，其运动轨迹平面可在S正上方，如

图甲所示

B.若小球带正电，其运动轨迹平面可在Q正下方，如图乙所示

C.若小球带负电，其运动轨迹平面可在S正上方，如图甲所示

D.若小球带负电，其运动轨迹平面可在Q正下方，如图乙所示

10．(2012)14（8分）如图11甲所示，在水平地面上固定一对与水平面倾角为α的光滑平行导电轨道，轨道间的距离为l，两轨道底端的连线与轨道垂直，顶端接有电源。将一根质量为m的直导体棒ab放在两轨道上，且与两轨道垂直。已知轨道和导

体棒的电阻及电源的内电阻均不能忽略，通过导体棒的恒定电流大小为I，方向由a到b，图11乙为图甲沿a→b方向观察的平面图。

若重力加速度为g，在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场，使导乙 体棒在轨道上保持静止。 图11 （1）请在图11乙所示的平面图中画出导体棒受力的示意图；

（2）求出磁场对导体棒的安培力的大小；

（3）如果改变导轨所在空间的磁场方向，试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值的大小和方向。

10．（8分） （1）如图答-2所示………………（3分） （2）根据共点力平衡条件可知，磁场对导体棒的安培力的大小 F=mgtanα………………（2分） （3）要使磁感应强度最小，则要求安培力最小。根据受力情况可知，最小安培力图答-2 Fmin=mgsinα，方向平行于轨道斜向上……………（1分）

所以最小磁感应强度Bmin=Fminmgsin?=……………（1分） IlIl

根据左手定则可判断出，此时的磁感应强度的方向为垂直轨道平面斜向上。…（1分）

11．（2015）14（8分）如图15所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为

θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L。一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，且接触良好，整套装置处于匀强磁场中。金属杆ab中通有大小为I的电流。已知重力加速度为g。

（1）若匀强磁场方向垂直斜面向下，且不计金属杆ab

和导轨之间的摩擦，金属杆ab静止在轨道上，求磁感应强度的大小；

（2）若金属杆ab静止在轨道上面，且对轨道的压力

恰好为零。试说明磁感应强度大小和方向应满足什么条件； （3）若匀强磁场方向垂直斜面向下，金属杆ab与导图15

轨之间的动摩擦因数为μ，且最大静摩擦力等于滑动摩擦

力。欲使金属杆ab静止，则磁感应强度的最大值是多大。

11．（8分）

（1）设磁感应强度为B1。根据安培定则可知安培力沿导轨平面

向上，金属杆ab受力如答图3。 根据平衡条件对金属杆ab有：B1IL?mgsin?（1分）

解得： B1?

（2）金属杆ab对导轨压力为零，则金属杆ab只受重力和安培力。

根据平衡条件对金属杆ab有：B2IL?mg （1分） 解得：B2?答图

3 mgsin?（1分） ILmg（1分） IL

答图4 根据安培定则可知磁场方向垂直金属杆ab水平向右。（1分） （3）根据安培定则可知安培力沿导轨平面向上，当金属杆ab受到的静摩擦力沿斜面向下，且为最大值时，磁感应强度值达到最大，设为B3。金属杆ab受力如答图4。（1分） 根据平衡条件对金属杆ab有：B3IL?mgsin???mgcos?（1分） 解得：B3?mgsin???mgcos?（1分） IL

12．(2010)13（9分）如图13所示为一质谱仪的构造原理示意图，整个装置处于真空环境中，离子源N可释放出质量相等、电荷量均为q（q＞0）的离子。离子

的初速度很小，可忽略不计。离子经S1、S2间电压为U的电场加速

后，从狭缝S3进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外的匀

强磁场中，沿着半圆运动到照相底片上的P点处，测得P到S3的距

离为x。求：

（1）离子经电压为U的电场加速后的动能；

（2）离子在磁场中运动时的动量大小；

（3）离子的质量。 图13

12．（共9分）（1）设离子经S1、S2间电压为U的电场加速后动能为Ek，

根据动能定理 Ek=qU………………………………………………………………………2分

（2）设离子进入磁场后做匀速圆周运动速率为v，半径为R，离子质量为m。

mv2

洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律 qvB?①…………………………1分 R

1x ②………………………………………………………………………………1分 2

1由①②两式解得离子在磁场中运动时的动量大小 p=mv=xBq…………………………2分 2又因 R=

（3）对于离子经电压U加速过程，根据动能定理 qU?12mv③………………………1分 2

qB2x2

联立①②③，解得m=8U2分

13．(2011)16（8分）在水平放置的两块金属板AB上加上不同电压，可以使从炽热的灯丝释放的电子以不同速度沿直线穿过B板中心的小孔O进入宽度为L的匀强磁场区域，匀强磁场区域的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里。若在A、B两板间加上电压U0时，电子不能穿过磁场区域而打在B板延长线上的P点，如图18所示。已知电子的质量为m，电荷量为e，并设电子离开A板时的初速度为零。

（1）在A、B两板间加上电压U0时，求电子穿过小孔O的速度大小v0；

（2）求P点距小孔O的距离x； （3）若改变A、B两板间的电压，使电子穿过磁场区域并从边界MN上的Q点射出，且从Q点穿出时速度方向偏离原来的方向的角度为θ，则A、B两

板间电压U为多大？

13．（8分）

解：（1）电子在AB板间电场中加速时，由动能定理得

eU0?

解得 v0?12mv0 22eU0 （3分） m

2v0（2）电子进入磁场区域做匀速圆周运动，由牛顿第二定律可得 ev0B?m r0

解得 r0?12mU0 （2分） Be

22mU0 （1分） Be所以 x?2r0?

（3）若在A、B两板间加上电压U时，电子在AB板间加速后穿过B板进入磁场区域做圆周运动，并从边界MN上的Q点穿出，由动能定理可得

篇四：(人教版)地理必修一：1.1《宇宙中的地球》课时训练及答案

第一章 行星地球

第一节 宇宙中的地球

一、选择题

任何天体在宇宙中都有自己的位置。各种天体之间相互吸引、相互绕转，形成天体系统。据此完成1～2题。

1．晴朗的夜晚，我们用肉眼观察下列各种天体的感觉，叙述正确的是( )

①星光闪烁的是恒星 ②在星空中有明显移动的是行星 ③一闪即逝的是彗星 ④轮廓模糊的是流星

A．①② B．②③ C．③④ D．①④

2．在各种天体系统中，银河系是( )

①最高一级天体系统 ②与河外星系是同一级别的天体系统 ③比太阳系低一级的天体系统 ④比地月系高两级的天体系统

A．①② B．②④ C．③④ D．①③

2008年6月20日，国际天文联合会宣布批准将中山大学学生叶泉志发现的161 715号小行星命名为“汶川星”，以此悼念在汶川大地震中的罹难者。读“太阳系成员示意图”，完成3～4题。

3．“汶川星”应位于( )

A．①和②之间 B．②和③之间 C．③和④之间 D．④和⑤之间

4．以下不是八颗行星绕日公转运动共同特点的是( )

A．共面性 B．同向性 C．近圆性 D．类地性

5．下列关于金星的叙述正确的是( )

A．金星绕日公转的方向是自东向西

B．金星的左邻右舍分别是水星和火星

C．金星属于类地行星

D．金星属于巨行星

6．新华社巴黎2009年1月20日电：一个由多国科学家组成的研究小组日前发现火星北极区域存在的大量水冰纯度很高，这说明了( )

A．人类很快就能移居火星

B．火星上有存在生命的可能

C．火星的质量和体积适中，有利于水的形成

D．火星大气中一定有氧气存在

7．下图中能正确表示河外星系、太阳系、地球三者关系的是(

)

2008年12月1日傍晚，天空出现了“双星伴月”天象奇观，金星、木星这对夜空中最明亮的星星与一弯细细的娥眉月相依相偎，远看犹如一张“笑脸”。读图，回答8～9题。

8．关于组成“笑脸”的天体的叙述，正确的是( )

A．金星、木星是月球的卫星

B．金星、木星是太阳的卫星

C．金星是距地球最近的行星

D．金星、木星体积比月球小

9．下列天体系统中，不包含组成“笑脸”的天体的是( )

A．总星系 B．太阳系 C．银河系 D．河外星系

10．2007年4月，欧洲天文学家首次发现一颗有生命迹象的太阳系外行星。该行星可能适宜生命存在的主要依据是( )

A．行星上有岩石

B．行星上有液态水与适宜的温度

C．行星的表面比较平坦

D．行星接受来自恒星的辐射能量

当前各国新一轮空间竞争正向深空拓展，被称为“袖珍地球”的火星正成为新一轮空间竞争的焦点。由于各国在空间探测中一般遵循“谁先占有，谁先开发，谁先受益”的原则，多位专家预言，在未来几个世纪内，各个发达国家将在火星开发中掀起一场新的“圈地运

A．有生命存在

B．是距地球最近的行星

C．有昼夜交替

D．是八颗行星中与地球自然环境最相近的行星

12．火星表面温度比地球表面低得多，其主要原因是( )

A．距日远，获得的太阳辐射能少

B．没有液态水

C．大气无保温作用

D．昼夜交替周期长

13．液态水的存在是地球生命起源和发展的重要条件之一，下列叙述中与地球“液态水存在”有密切关系的是( )

①地球的质量和体积适中 ②地球上昼夜更替的周期比较适中 ③地球上大气层对地面有保温效应 ④地球与太阳的距离比较适中

A．②④ B．②③④ C．①④ D．②③

二、综合题

14．读图，完成下列问题。

(1)写出下列字母代表的行星名称：g________，h________。

(2)写出代表与地球相邻的两颗行星的字母：__________、________。

(3)八颗行星绕日公转的方向一致，都是自____________向____________，而且轨道面几乎在____________，它们____________________，使地球处在比较安全的宇宙环境之中。

(4)行星f与地球相比，不能产生生命物质条件最主要的原因表现在

________________________________________________________________________。

15．人从哪里来？往哪里去？这是人类永恒的话题??地球为什么会成为生命的摇篮？试分析地球的宇宙环境和自身环境的特点与生命物质存在条件的关系，并用直线相连。

①地球磁场 a．地球表面存在大气层

②地球的质量与体积 b．削弱到达地面的紫外线

③地球与太阳的距离 c．水能经常处于液体状态

④地球大气中的臭氧层 d．削弱宇宙射线对生命的伤害 反思小结

答案

1．A [晴朗的夜晚，我们用肉眼可看到形态各异的天体；闪烁的是恒星，明亮的且有明显移动的是行星，一闪即逝的是流星，轮廓模糊的应是星云。]

2．B [天体系统共分为四级，最高一级的天体系统是总星系；比太阳系低一级的天体系统是地月系。银河系中像太阳这样的恒星有两千多亿颗。银河系与河外星系是同级别的天体系统，而比地月系高两级。]

3．B [小行星带位于火星和木星轨道之间。]

4．D [共面性、同向性和近圆性是八颗行星绕日公转的共同特点。]

5．C [金星绕日公转的方向是自西向东，其左邻右舍是水星和地球，金星属于类地行星。]

6．B [生命是否存在主要考虑以下条件：①是否有液态水；②可供生物呼吸的大气；③有适宜的温度。火星上有水冰存在，只能说明有存在生命的可能。]

7．D [地球包含在太阳系之内，太阳系包含在银河系之内，而太阳系与河外星系不存在包含和被包含关系。]

8．C [月球是地球的卫星，金星、木星体积比月球大，金星是距地球最近的行星。]

9．D [河外星系不包含地球。]

10．B [适宜的温度和液态水的存在是生命存在的必要条件。]

11．D [从材料可以看出火星的自然环境特征与地球相似。]

12．A [火星与地球相比距日较远，获得太阳辐射比地球少。]

13．B [地球上液态水的存在与地球表面的温度高低有关。]

14．(1)天王星 海王星 (2)b d (3)西 东 同一平面上 各行其道、互不干扰 (4)距日太远，温度太低

15．①—d ②—a ③—c ④—b

解析 地球磁场能使宇宙射线方向发生偏转，从而削弱宇宙射线对地球上生命的伤害。正是由于地球有适当的体积和质量，具有足够的引力把地球上各种气体吸引住，否则，质量和体积太小，它的各种气体将会逃逸到太空，而不存在大气层了。地球与太阳距离适当，所以地球有介于0℃～100℃之间的温度，这是水能在液体状态下存在的温度范围。地球大气中的臭氧层能大量吸收紫外线，使地球上的生命免受伤害。

篇五：2014年高考地理基础复习系列 第3讲 地球的宇宙环境(含能力训练)

2013-2014学年 高考地理基础复习系列 （第3讲 地球的宇宙环境）

[考纲要求]

(1)地球是宇宙中的一个天体。地球的宇宙环境。地球是太阳系中一颗既普通又特殊的行星。(2)日地关系。太阳系概况。地球在太阳系中的位置。地球上存在生命的原因。太阳能量的来源。太阳活动及其对地球的影响。(3)宇宙探测。宇宙探测的意义。宇宙探测的现状。 [知识讲解] 1、天球

（1）概念：球心为观测者，半径无穷大。

（2）地平线：观测者所在位置在地球上的切线。

地平圈：地平面与天球所交的圆圈。 （3）地平线（圈）与北极星的位置关系： 观测者在赤道时，北极星位于正北位置。

观测者在北半球某纬度，北极星与地平线（圈）的夹角为 该纬度的数值。

观测者在南半球时，北极星在地平线（圈）以下，无法看到。 2、宇宙间的天体。 （1）天体类型。

①自然天体：恒星、星云、行星、卫星、流星、彗星及星际空间的气体和尘埃等。最基本的天体是恒星和星云。太阳是距离地球最近的一颗恒星。

恒星：由炽热气体组成，能自己发光的球状天体，有很大的质量。

行星：围绕恒星运行的天体，太阳系共有八大行星，体积、质量木星最大。

流星体：行星际空间的尘粒和固体小块。流星体进入地球大气层与空气摩擦形成流星现象。沿同一轨道绕太阳运行的大群流星体，称为流星群。流星群与地球相遇时，人们会看到某一区域某一时间流星数目显著增加，有时甚至像下雨一样，这种现象称为流星雨。大多数是以辐射点所在星座或附近的恒星命名，如狮子座流星雨。

彗星：在扁长轨道上绕太阳运行的一种质量较小的天体，呈云雾状的独特外貌。著名的哈雷彗星的公转周期是76年。

②人造天体：航天飞机、人造卫星、飞船、太空垃圾等。

（2）天体系统。宇宙间的各种天体因互相吸引和互相绕转，而形成各种天体系统。

地月系太阳系 银河系

总星系（宇宙）

河外星系

八大行星比较：①距太阳的远近顺序、公转方向（逆时钟）；②分类（类地行星、巨行星、远日行星）；③小行星的位置（火、木星之间），哈雷彗星的回归周期、公转方向（顺时钟）以及慧尾的朝向。 （3）宇宙中的地球

普遍性——地球的质量、体积、平均密度和公转、自转运动与太阳系其他行星比并不

特殊 。

体积质量适中——有大气、 特殊性——有生命物质存在，其条件 液态的水

②宇宙条件——安全、稳定

3、太阳辐射。形式：电磁波；主要成分：H、He；能量核聚变反应。

（1）来自太阳辐射的能源：煤、石油、天然气、水能等和风能、太阳能等常规能源。 水能：是势位较高的水释放其势能转化成的动能。水分子向高处蒸发上升，来源于太阳给予的能量。

风能：是地表大气受热不均产生的运动，其能量直接来于太阳辐射。 煤、石油：是地质历史时期，地球生物体内固定的太阳能。 太阳能：核聚变反应。

（2）太阳常数：日地平均距离条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的1平方厘米面积上，1分钟内接受到太阳辐射能量。春分、秋分时测太阳常数最佳。

约1.5亿Km

（3）我国年太阳能的地区分布及影响因素

①太阳能最丰富地区：青藏高原。原因：海拔高，空气稀薄，空气中水气少，尘埃少，透明度好，太阳辐射强，日照时间长。

②太阳能贫乏地区：四川盆地、云贵高原等。原因：阴雨天多，云雾大，，较多地削弱了太阳辐射。

（4）太阳大气结构及太阳活动，由里到外（如右图）： 光球层：黑子

太阳活动的标志、周期11年

色球层：耀斑、日珥 日冕层：、太阳风（高能粒子吹向地球，在两极形成极光）

（5）太阳活动对地球的影响

①对气候的影响：太阳黑子与年降水量的相关性。（如右图）

②对电离层的影响：扰动无线电短波通信。

③对地磁场的影响：磁针不能正确指向，即“磁暴”现象。

4、月相及其变化

（1）月相变化的原因：

一、月球是一个不发光，也不透明的球体，在同一时间里，太阳只能照亮月球表面的一半，因此，向着太阳的半球是亮的，背着太阳的半球是暗的。

二、在地球上只能看到面对地球的半个月球，而被太阳光照亮的半个月球和面对地球的半个月 并不总是一致，受日、地、月三者相对位置的影响,它取决于两方面的因素：①太阳照射月球的方向；②地球上观测月球的方向。一般讨论北半球中纬地区观测 月相。如弦月时，日、地、月三者的位置成一直角，如图所示：

在阳光照射下，图中月球左半球是明亮的，右半球则是黑暗的，朝向地球的是图中虚线以上的半个月球面，此时在地球上通过望远镜可以清晰地看到月球表面一半亮一半暗，中间分界线十分明显（见图二），正因为明暗对比较大，所以用肉眼只能看到明亮的半个球面。

亮面从西面出现， 并逐步增大至满月

亮面从西面缺失， 并逐步缩小至新月

西 东

初一 初七、八 十五、六 廿二、三 次月 新月（朔） 上弦 满月 下弦 新月

太阳落山时，出现在正南天空，子夜落入地平线

太阳落山时，从地平线上升起，子夜在正南天空，日出时落下

子夜在东方地

平线上升起， 日出时高挂南方天空

与太阳同 升同落

由此可见，北半球中纬度地区，上半月（从朔到望），月亮的亮面朝向观测者的左边，即在夜晚观测时，亮面朝西，且随着时间的推移，从朔到望，亮面越来越大。下半月（从望到朔），月亮的亮面朝向观测者的右边，即在夜晚观测时，亮面朝东，且随时间的推移，亮面越来越小。

（3）对月相的利用：一方面可利用月相变化的周期计时：阴历或农历月即以月相变化

为基础，朔望两弦四相，每相大约相隔7日，星期由此演变而来；另一方面利用月相可辩别方向，如前所述，上弦月西边亮，下弦月东边亮，由此可根据月面亮面的朝向来确定地面上的方向。

例：写出与下列诗句相应的月相

A．月落乌啼霜满天，江枫渔火对愁眠，姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船。（上弦） B．月皎惊鸟栖不定，更漏将阑牵金井，唤起两眸清炯炯，泪花落枕红棉冷。（满月） 5、人类对宇宙的新探索 （1）宇宙探测的发展。1957年10月原苏联第一颗人造卫星上天开创了从太空观测研究地球和整个宇宙的新时代，1981年第一架航天飞机试航成功，人类从空间探索逐步进入空间开发阶段。1970年第一颗人造卫星“东方红”1号发射成功。注意热点：“神五”、“神六”的成功发射的有关内容。 （2）宇宙资源的类型

①空间资源：获取外空间信息、做科学实验。 ②太阳能资源 ③矿产资源 （3）宇宙空间开发国际化。

（4）宇宙中垃圾的产生、危害及处理办法。 [能力训练]

一、单项选择题（以下各题，每题只有一个正确答案） 1、天体的正确定义是

A、宇宙间日月星辰的总称 B、肉眼所见到的所有星体

C、天球上的所有星体 D、宇宙间各种星体和星际物质的通称。 2、关于太阳系九大行星的正确叙述是

A、水星距日最近，质量最小 B、地球自转和公转的周期都是最长的 C、木星体积最大 D、 冥王星永远距日最远 3、距离地球最近的自然天体是

A、牛郎星 B、太阳 C、月球 D、水星 4、地球上具有存在生命物质的条件是

①有液态水存在 ②地球是九大行星中距太阳最近的天体 ③有固体外壳 ④有适于生物呼吸的大气 ⑤大、小行星各行其道，互不干扰 ⑥地球处于不断的运动之中 A、 ①③④⑥ B、①④⑥ C、②④⑤ D、③④⑥ 5、太阳黑子活动的平均周期约为

A、10年 B、11年 C、22年 D、76年 6、地球上空电离层扰动的原因是

A、地球上火山、地震活动频繁 B、太阳耀斑爆发时发射的电磁波 C、太阳抛出高能带电粒子流 D、太阳内部的核聚变反应 7、太阳活动对地球的影响，主要表现为

A、太阳活动加强将导致荒漠化日益严重 B、带电粒子流可以引发地球上的磁暴 C、耀斑的强辐射会干扰有线电话通讯 D、太阳黑子增多会导致地表平均气温下降

2003年11月20日，中星20号成功定点于103°E赤道上空，天津某课外活动小组拟观测该卫星。回答8—9题

8．一天中，观看到卫星被阳光照射面积最大的时间（北京时间）是 A．1时前后 B．7时前后 C．11时前后 D．13时前后 9．每天同一时间，观测到卫星被阳光照射面积最大的一天在 A．3月份 B．6月份 C．9月份 D．12月份

2004年3月22日到4月3日期间，可以看到多年一遇的“五 星连珠“天象奇观。其中水星是最难一见的行星，观察者每天只 有在日落之后的1小时内可能看到它。在图3中阴影部分表示黑夜， 中心点为极地。回答10—12题。

10．图中①②③④四地，可能看到“五星连珠”现象的是

A．① B．② C．③ D．④ 的时间段（北京时间）是

A．18时10分至19时 C．20时10分至21时 A．金星、木星、土星、天狼星

B．16时10分至17时 D．21时10分至22时 B．金星、火星、木星、海王星

11．在新疆的吐鲁番（约89°E）观看五星连珠现象，应该选择

12．五星连珠中，除了水星外，另外四颗星是

C．火星、木星、土星、天王星 D．金星、火星、土星、木星

地月系是宇宙中最低一级的天体系统，月相的变化规律反映出日、地、月三者之间的位置关系。据此回答13-15题： 13、月球是地球的

A、恒星 B、行星 C、卫星 D、彗星 14、地球上看到日全食时，我们看到的月相为

A、满月 B、上弦月 C、新月 D、下弦月 15、壮观的钱塘江潮最大时，月相一般是

A、满月 B、上弦月 C、新月 D、下弦月 16、读下图，完成下列问题

（1）运动着的天体因______和______而形成天体系统。 （2）指出图中各字母所代表的天体或天体系统的名称： A、____ B、_____C、______ D、______ E、 A系统的中心天体是_____，它和E天体的平均距离约 为______KM。

（3）地球为什么会成为生命的摇篮？试分析地球的宇宙环境和地理环境的特点与生命物质存在条件的关系，并且直线相连。

地球磁场① a. 地球表面存在大气层

地球的质量与体积② b. 削弱到达地面的紫外线 地球与太阳的距离③ c. 水经常能处于液体状态 地球大气中的臭氧层④ d. 削弱宇宙射线对生命的伤害

[参考答案]

1、D 2、C 3、C 4、B 5、B 6、B 7、B 8、A 9、B 10、B 11、C 12、D 13、C 14、C 15、C 16、（1）互相吸引 互相绕转 （2）地月系 太阳系 银河系 总星系 月球 （3）地球 38.4万 （3） ②a. ④b. ③c. ①d.

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