2025年大學(xué)《核物理》專業(yè)題庫——核物理與宇宙學(xué)的關(guān)聯(lián)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一種過程是宇宙早期元素合成的主要機(jī)制？A.恒星內(nèi)部的核聚變B.超新星爆發(fā)C.宇宙弦振蕩D.宇宙微波背景輻射相互作用2.根據(jù)大爆炸核合成理論，哪種元素是宇宙中最早合成的元素？A.氫B.氦C.碳D.鈾3.宇宙微波背景輻射的主要起源是什么？A.當(dāng)前恒星發(fā)出的輻射B.宇宙早期大爆炸的余暉C.暗物質(zhì)碰撞D.宇宙中的中微子4.核反應(yīng)Q值的定義是什么？A.反應(yīng)產(chǎn)物的總能量減去反應(yīng)物的總能量B.反應(yīng)物的總能量減去反應(yīng)產(chǎn)物的總能量C.反應(yīng)中釋放的動(dòng)能D.反應(yīng)中釋放的輻射能5.導(dǎo)致重元素（如金、鈾）在宇宙中豐度較高的主要過程是？A.恒星內(nèi)部的核聚變B.超新星爆發(fā)C.中子星合并D.宇宙線與星際氣體相互作用6.核力與電磁力的主要區(qū)別之一是什么？A.核力比電磁力強(qiáng)B.核力比電磁力弱C.核力是長程力，電磁力是短程力D.核力存在于原子核內(nèi)，電磁力存在于原子核外7.宇宙的暗物質(zhì)含量估計(jì)約占宇宙總質(zhì)能的多少？A.15%B.25%C.50%D.70%8.恒星演化的最終階段，對于足夠質(zhì)量的恒星，通常會(huì)形成什么？A.白矮星B.中子星C.超新星殘骸D.沙漠行星9.在液滴模型中，原子核被類比為什么？A.一滴液態(tài)氫B.一顆液態(tài)星球C.一滴液態(tài)氦D.一滴由核力和電磁力維持的“液體”10.中微子在核物理和宇宙學(xué)中扮演著重要角色，其主要特性之一是什么？A.具有質(zhì)量B.不帶電荷C.容易與物質(zhì)相互作用D.發(fā)射和吸收電磁輻射二、填空題（每空2分，共10分）1.宇宙起源于大約______年前的一個(gè)極高溫度和密度的狀態(tài)。2.核反應(yīng)截面描述了入射粒子與靶核發(fā)生______的概率。3.宇宙中的輕元素，如氫、氦和鋰，主要是在______階段通過核聚變產(chǎn)生的。4.核結(jié)合能是指將原子核中的所有核子結(jié)合在一起所需的______能量。5.宇宙的膨脹正在加速，這表明宇宙中存在一種具有負(fù)能量的神秘物質(zhì)，被稱為______。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述核聚變和核裂變的基本原理，并說明這兩種過程在恒星演化和宇宙元素合成中的作用。2.解釋大爆炸核合成（BBN）的理論基礎(chǔ)，并說明其能夠合成的元素種類和豐度限制。3.核天文學(xué)利用哪些核物理原理和技術(shù)來研究天體？請舉例說明至少兩種方法及其應(yīng)用。四、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.一個(gè)質(zhì)子（質(zhì)量為1.6726×10^-27kg）和一個(gè)中子（質(zhì)量為1.6749×10^-27kg）結(jié)合形成一個(gè)氘核（質(zhì)子與中子的結(jié)合物），其質(zhì)量為3.3436×10^-27kg。假設(shè)結(jié)合過程中釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為氘核的動(dòng)能，計(jì)算一個(gè)氘核形成的動(dòng)能是多少焦耳？(提示：可以使用愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2)2.假設(shè)一個(gè)遙遠(yuǎn)星系的光譜發(fā)生紅移，測得紅移量z=0.5。根據(jù)哈勃定律，該星系距離我們大約多遠(yuǎn)？（提示：可以使用哈勃定律的公式v=H?d，并已知哈勃常數(shù)H?≈70km/s/Mpc）五、論述題（10分）結(jié)合核物理中的基本概念，論述中微子天文學(xué)如何幫助我們理解宇宙的起源和演化。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.A5.C6.B7.B8.C9.D10.B二、填空題1.138億2.反應(yīng)3.大爆炸早期4.吸收5.暗能量三、簡答題1.解析思路：首先分別定義核聚變和核裂變。核聚變是輕核結(jié)合成較重核的過程，釋放能量；核裂變是重核分裂成較輕核的過程，也釋放能量。然后說明恒星內(nèi)部通過核聚變（主要是氫聚變成氦）維持能量輸出，是恒星發(fā)光發(fā)熱的基礎(chǔ)，并逐漸合成了比氫、氦更重的元素。超新星爆發(fā)等劇烈事件通過核裂變和更復(fù)雜的核過程合成并拋灑出宇宙中大部分的重元素，豐富了宇宙的化學(xué)成分。2.解析思路：首述大爆炸核合成（BBN）背景：宇宙早期（幾分鐘內(nèi)）溫度高到足以發(fā)生核反應(yīng)，但低于恒星核聚變溫度。接著說明主要過程：中子與質(zhì)子結(jié)合成氘核，氘核吸收中子形成氦-3，氦-3吸收另一個(gè)中子形成氦-4，以及少量氚、鋰等輕元素的形成。最后說明豐度限制：由早期宇宙的化學(xué)平衡、中性氫的豐度以及元素豐度隨紅移的變化等觀測證據(jù)推斷出BBN合成的理論豐度，并與觀測值進(jìn)行比較，指出其成功解釋了輕元素（尤其是氦-4）的豐度，但也存在一些限制，如鋰豐度的差異。3.解析思路：說明核天文學(xué)利用核物理原理探測天體內(nèi)部的核過程或成分。舉例1：利用蓋革計(jì)數(shù)器或閃爍體探測來自天體的放射性同位素衰變輻射（如α射線、β射線），用于測定天體的年齡（如隕石年齡）或成分（如中子星表面的放射性物質(zhì)）。舉例2：利用光譜分析技術(shù)識別天體發(fā)出的特定核輻射線（如原子或離子的發(fā)射線或吸收線），這些譜線對應(yīng)于核外電子能級躍遷或某些核躍遷（如γ射線譜線），從而推斷天體的化學(xué)成分、物理狀態(tài)（溫度、密度、運(yùn)動(dòng)速度等）和核過程（如恒星內(nèi)部的核聚變、超新星爆發(fā)的核合成）。四、計(jì)算題1.解析思路：首先計(jì)算質(zhì)量虧損Δm。Δm=(質(zhì)子質(zhì)量+中子質(zhì)量)-氘核質(zhì)量=(1.6726+1.6749)-3.3436=0.0039×10^-27kg。然后應(yīng)用質(zhì)能方程E=Δm*c2計(jì)算釋放的能量（即氘核的動(dòng)能）。c是光速，約為3×10?m/s。將Δm和c2代入公式即可得到結(jié)果。答案：E=0.0039×10^-27kg×(3×10?m/s)2≈3.51×10^-12J2.解析思路：首先理解紅移z與recessionvelocityv的關(guān)系：v=z*c，其中c是光速。然后使用哈勃定律v=H?*d，其中H?是哈勃常數(shù)，d是距離。將v=z*c代入哈勃定律，得到d=(z*c)/H?。將已知的z=0.5和H?≈70km/s/Mpc代入公式計(jì)算距離d。注意單位換算，1Mpc=10^6pc。答案：d=(0.5*3×10?km/s)/70km/s/Mpc≈2143Mpc五、論述題解析思路：首先闡述中微子的基本性質(zhì)：質(zhì)量極?。赡転榱悖㈦娭行?、與物質(zhì)相互作用極其微弱。接著說明這些性質(zhì)如何使其能夠穿透宇宙中的大部分物質(zhì)，包括星體、星際介質(zhì)等，從而攜帶來自宇宙早期或天體內(nèi)部核過程的“信息”。重點(diǎn)論述：1）中微子天文學(xué)可以通過探測來自恒星（特別是大質(zhì)量恒星）內(nèi)部核聚變過程（如質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)、CNO循環(huán)）釋放的中微子，研究恒星內(nèi)部的核物理過程和能量產(chǎn)生機(jī)制。2）通過探測超新星爆發(fā)產(chǎn)生的巨大能