2025年大學(xué)《物理學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——引力波探測(cè)技術(shù)的發(fā)展考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項(xiàng)不是廣義相對(duì)論預(yù)言的引力現(xiàn)象？A.光線在引力場(chǎng)中的彎曲B.水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)C.引力紅移D.電磁波的傳播2.引力波在真空中以什么速度傳播？A.聲速B.光速C.無(wú)限大速度D.與光源相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)3.下列哪一種探測(cè)器是目前靈敏度最高的引力波探測(cè)器？A.脈沖星計(jì)時(shí)陣列B.激光干涉儀C.太陽(yáng)振蕩探測(cè)器D.宇宙微波背景輻射探測(cè)器4.LIGO探測(cè)器的基本原理是利用什么現(xiàn)象來(lái)探測(cè)引力波的？A.聲波共振B.激光干涉C.電磁感應(yīng)D.原子能級(jí)躍遷5.2015年首次被LIGO和Virgo探測(cè)器探測(cè)到的引力波事件來(lái)源于什么？A.脈沖星B.中子星碰撞C.黑洞并合D.恒星爆炸6.下列哪一項(xiàng)不是引力波探測(cè)器需要克服的技術(shù)挑戰(zhàn)？A.超高靈敏度B.超低噪聲C.超高效率D.超強(qiáng)真空7.脈沖星計(jì)時(shí)陣列是一種利用什么原理來(lái)探測(cè)引力波的探測(cè)器？A.激光干涉B.電磁波干涉C.脈沖星變化時(shí)間D.脈沖星頻譜變化8.引力波探測(cè)技術(shù)對(duì)研究宇宙學(xué)有什么重要意義？A.可以直接觀測(cè)宇宙的起源B.可以間接探測(cè)暗物質(zhì)C.可以研究宇宙的膨脹速率D.以上都是9.多信使天文學(xué)是指什么？A.同時(shí)利用多種天文觀測(cè)手段進(jìn)行觀測(cè)B.利用引力波、電磁波等多種信息進(jìn)行天體研究C.利用多種探測(cè)器進(jìn)行引力波探測(cè)D.利用多種理論模型解釋引力波信號(hào)10.下列哪一項(xiàng)是未來(lái)引力波探測(cè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向？A.降低探測(cè)器的規(guī)模B.提高探測(cè)器的靈敏度C.減少探測(cè)器的成本D.減少探測(cè)器的觀測(cè)時(shí)間二、填空題（每題2分，共20分）1.提出廣義相對(duì)論的物理學(xué)家是__________。2.目前運(yùn)行在地球上的主流引力波探測(cè)器主要采用__________技術(shù)。3.第一次被探測(cè)到的引力波事件是__________事件，它是由__________和__________探測(cè)器團(tuán)隊(duì)共同發(fā)現(xiàn)的。4.引力波探測(cè)器需要達(dá)到的極限靈敏度通常用__________來(lái)衡量，其數(shù)量級(jí)為_(kāi)_________。5.脈沖星計(jì)時(shí)陣列通過(guò)測(cè)量__________的變化來(lái)探測(cè)引力波。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述激光干涉儀探測(cè)引力波的原理。2.比較激光干涉儀和脈沖星計(jì)時(shí)陣列兩種引力波探測(cè)器的優(yōu)缺點(diǎn)。3.解釋引力波探測(cè)技術(shù)對(duì)研究黑洞的意義。4.簡(jiǎn)述引力波探測(cè)技術(shù)在過(guò)去十年中的重大進(jìn)展。四、論述題（10分）論述引力波探測(cè)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，并說(shuō)明其潛在的科學(xué)意義。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.B5.C6.C7.C8.D9.B10.B二、填空題1.愛(ài)因斯坦2.激光干涉3.黑洞并合，LIGO，Virgo4.引力波strain，10^-215.脈沖星到達(dá)時(shí)間三、簡(jiǎn)答題1.激光干涉儀通過(guò)精確測(cè)量?jī)蓚€(gè)臂長(zhǎng)的差異來(lái)探測(cè)引力波引起的空間擾動(dòng)。當(dāng)引力波經(jīng)過(guò)探測(cè)器時(shí)，它會(huì)使得兩個(gè)臂長(zhǎng)發(fā)生微小的伸縮，導(dǎo)致激光干涉條紋的移動(dòng)。通過(guò)測(cè)量干涉條紋的移動(dòng)，可以探測(cè)到引力波信號(hào)。2.激光干涉儀的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度非常高，可以探測(cè)到極其微弱的引力波信號(hào)。其缺點(diǎn)是成本高昂，建造和維護(hù)難度大，且容易受到環(huán)境噪聲的干擾。脈沖星計(jì)時(shí)陣列的優(yōu)點(diǎn)是成本低，可以持續(xù)進(jìn)行觀測(cè)，且不受地面環(huán)境噪聲的影響。其缺點(diǎn)是靈敏度相對(duì)較低，且需要較長(zhǎng)時(shí)間才能積累足夠的數(shù)據(jù)。3.引力波探測(cè)技術(shù)可以讓我們直接觀測(cè)黑洞的形成、合并等過(guò)程，從而加深對(duì)黑洞性質(zhì)的理解。此外，引力波探測(cè)技術(shù)還可以幫助我們研究中子星、宇宙起源等天體物理問(wèn)題，推動(dòng)天文學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展。4.過(guò)去十年中，引力波探測(cè)技術(shù)取得了重大進(jìn)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：LIGO和Virgo探測(cè)器的靈敏度得到了顯著提高，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)黑洞和中子星并合事件；KAGRA探測(cè)器開(kāi)始運(yùn)行，提供了更高精度和頻率范圍的數(shù)據(jù)；脈沖星計(jì)時(shí)陣列也取得了重要進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了與引力波相關(guān)的信號(hào)；多信使天文學(xué)的概念逐漸成熟，推動(dòng)了天文學(xué)研究的發(fā)展。四、論述題引力波探測(cè)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向主要包括以下幾個(gè)方面：進(jìn)一步提高探測(cè)器的靈敏度，以便探測(cè)到更弱、更遠(yuǎn)的引力波信號(hào)；發(fā)展新的探測(cè)器技術(shù)，例如空間引力波探測(cè)器；加強(qiáng)國(guó)際合作，共同推進(jìn)引力波探測(cè)技術(shù)的發(fā)展。引力波探測(cè)技術(shù)具有巨大的潛在科學(xué)意義，可以幫助我們研究黑洞、中子星、宇宙起源等天體物理問(wèn)題，推動(dòng)天文學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展，并可能引發(fā)科學(xué)革命。解析一、選擇題1.廣義相對(duì)論預(yù)言了多種引力現(xiàn)象，包括光線彎曲、水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)、引力紅移等。電磁波的傳播速度由真空中的電磁常數(shù)決定，與廣義相對(duì)論無(wú)關(guān)。故選D。2.根據(jù)廣義相對(duì)論，引力波以光速在真空中傳播。故選B。3.目前，激光干涉儀（如LIGO、Virgo、KAGRA）是靈敏度最高的引力波探測(cè)器，能夠探測(cè)到極其微弱的引力波信號(hào)。脈沖星計(jì)時(shí)陣列的靈敏度相對(duì)較低，主要用于探測(cè)極低頻的引力波。故選B。4.激光干涉儀利用激光的干涉原理來(lái)探測(cè)引力波引起的空間擾動(dòng)。故選B。5.2015年，LIGO和Virgo首次探測(cè)到的引力波事件是兩個(gè)黑洞并合產(chǎn)生的。故選C。6.引力波探測(cè)器需要克服的主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括超高靈敏度、超低噪聲、超強(qiáng)真空等。提高探測(cè)器的效率并不是主要挑戰(zhàn)，因?yàn)樘綔y(cè)器的效率對(duì)探測(cè)結(jié)果的影響較小。故選C。7.脈沖星計(jì)時(shí)陣列通過(guò)測(cè)量大量脈沖星到達(dá)時(shí)間的變化來(lái)探測(cè)引力波。當(dāng)引力波經(jīng)過(guò)探測(cè)器時(shí)，它會(huì)使得脈沖星到達(dá)時(shí)間發(fā)生微小的變化。故選C。8.引力波探測(cè)技術(shù)可以幫助我們研究宇宙的起源、暗物質(zhì)、膨脹速率等問(wèn)題。例如，通過(guò)探測(cè)引力波，我們可以直接觀測(cè)黑洞的形成、合并等過(guò)程，從而加深對(duì)黑洞性質(zhì)的理解；通過(guò)分析引力波信號(hào)，我們可以間接探測(cè)暗物質(zhì)；通過(guò)測(cè)量引力波的傳播速度，我們可以研究宇宙的膨脹速率。故選D。9.多信使天文學(xué)是指同時(shí)利用引力波、電磁波等多種信息進(jìn)行天體研究。通過(guò)多信使天文學(xué)，我們可以獲得更全面、更準(zhǔn)確的天體信息，從而更好地理解宇宙。故選B。10.未來(lái)引力波探測(cè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向是進(jìn)一步提高探測(cè)器的靈敏度，以便探測(cè)到更弱、更遠(yuǎn)的引力波信號(hào)。這將有助于我們研究更多種類(lèi)的天體物理現(xiàn)象，并推動(dòng)引力波天文學(xué)的發(fā)展。故選B。二、填空題1.提出廣義相對(duì)論的物理學(xué)家是愛(ài)因斯坦。2.目前運(yùn)行在地球上的主流引力波探測(cè)器主要采用激光干涉技術(shù)。3.第一次被探測(cè)到的引力波事件是黑洞并合事件，它是由LIGO和Virgo探測(cè)器團(tuán)隊(duì)共同發(fā)現(xiàn)的。4.引力波探測(cè)器需要達(dá)到的極限靈敏度通常用引力波strain來(lái)衡量，其數(shù)量級(jí)為10^-21。5.脈沖星計(jì)時(shí)陣列通過(guò)測(cè)量脈沖星到達(dá)時(shí)間的變化來(lái)探測(cè)引力波。三、簡(jiǎn)答題1.激光干涉儀通過(guò)精確測(cè)量?jī)蓚€(gè)臂長(zhǎng)的差異來(lái)探測(cè)引力波引起的空間擾動(dòng)。當(dāng)引力波經(jīng)過(guò)探測(cè)器時(shí)，它會(huì)使得兩個(gè)臂長(zhǎng)發(fā)生微小的伸縮，導(dǎo)致激光干涉條紋的移動(dòng)。通過(guò)測(cè)量干涉條紋的移動(dòng)，可以探測(cè)到引力波信號(hào)。2.激光干涉儀的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度非常高，可以探測(cè)到極其微弱的引力波信號(hào)。其缺點(diǎn)是成本高昂，建造和維護(hù)難度大，且容易受到環(huán)境噪聲的干擾。脈沖星計(jì)時(shí)陣列的優(yōu)點(diǎn)是成本低，可以持續(xù)進(jìn)行觀測(cè)，且不受地面環(huán)境噪聲的影響。其缺點(diǎn)是靈敏度相對(duì)較低，且需要較長(zhǎng)時(shí)間才能積累足夠的數(shù)據(jù)。3.引力波探測(cè)技術(shù)可以讓我們直接觀測(cè)黑洞的形成、合并等過(guò)程，從而加深對(duì)黑洞性質(zhì)的理解。此外，引力波探測(cè)技術(shù)還可以幫助我們研究中子星、宇宙起源等天體物理問(wèn)題，推動(dòng)天文學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展。4.過(guò)去十年中，引力波探測(cè)技術(shù)取得了重大進(jìn)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：LIGO和Virgo探測(cè)器的靈敏度得到了顯著提高，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)黑洞和中子星并合事件；KAGRA探測(cè)器開(kāi)始運(yùn)行，提供了更高精度和頻率范圍的數(shù)據(jù)；脈沖星計(jì)時(shí)陣列也取得了重要進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了與引力波相關(guān)的信號(hào)；多信使天文學(xué)的概念逐漸成熟，推