2025年大學(xué)《物理學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——物理學(xué)專(zhuān)業(yè)中的宇宙學(xué)與粒子物理考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的首字母填入括號(hào)內(nèi)，每題3分，共30分）1.以下哪一項(xiàng)不是宇宙大爆炸理論的主要觀測(cè)證據(jù)？A.宇宙微波背景輻射B.元素的合成豐度符合理論預(yù)測(cè)C.星系紅移現(xiàn)象和哈勃定律D.宇宙空間目前正在膨脹2.在標(biāo)準(zhǔn)模型中，傳遞電磁相互作用的粒子是：A.膠子B.W玻色子C.Z玻色子D.光子3.下列哪種粒子屬于輕子？A.質(zhì)子B.中子C.電子D.夸克4.宇宙學(xué)中，哈勃常數(shù)H?的物理意義是：A.宇宙膨脹的總速率B.宇宙膨脹隨時(shí)間的變化率C.星系間距離與視向速度的比例常數(shù)D.宇宙年齡的倒數(shù)5.導(dǎo)致宇宙加速膨脹的神秘力量被稱(chēng)為：A.暗物質(zhì)B.暗能量C.宇宙常數(shù)D.弱相互作用6.下列哪個(gè)物理量在強(qiáng)相互作用中是守恒的？A.電荷B.重子數(shù)C.宇稱(chēng)D.輕子數(shù)7.希格斯機(jī)制的主要作用是：A.傳遞弱相互作用B.使規(guī)范玻色子獲得質(zhì)量C.合成夸克和輕子D.解釋暗能量的起源8.如果宇宙的總體積不變，那么根據(jù)宇宙膨脹理論，星系間的平均距離將：A.增加B.減少C.不變D.無(wú)法確定9.宇稱(chēng)（P）不守恒首次被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的粒子反應(yīng)是：A.β衰變B.μ衰變C.π介子衰變D.K介子衰變10.粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的適用能量范圍大致是：A.eV量級(jí)B.MeV量級(jí)C.GeV量級(jí)D.TeV量級(jí)二、填空題（請(qǐng)將答案填入橫線(xiàn)處，每空3分，共30分）1.宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸留下的______。2.夸克和輕子統(tǒng)稱(chēng)為_(kāi)_____。3.在粒子物理中，規(guī)范對(duì)稱(chēng)性是理解______的基礎(chǔ)。4.標(biāo)準(zhǔn)模型中，強(qiáng)相互作用的傳遞粒子是______。5.根據(jù)大爆炸理論，宇宙起源于約______年前的高溫高密狀態(tài)。6.宇宙的總能量密度可以近似分為物質(zhì)（包括暗物質(zhì)）和暗能量，目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為兩者占比大致相當(dāng)。7.宇宙膨脹的速率通常用哈勃定律V=H?×d來(lái)描述，其中V代表______，d代表______。8.粒子物理的“電弱統(tǒng)一理論”描述了電磁相互作用和______在低能下的統(tǒng)一。9.在標(biāo)準(zhǔn)模型框架下，所有粒子的質(zhì)量都可以通過(guò)希格斯場(chǎng)的作用獲得。10.觀測(cè)到的宇宙膨脹速率（哈勃常數(shù)）存在爭(zhēng)議，其精確測(cè)量對(duì)于確定宇宙的年齡和組成至關(guān)重要。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題，每題10分，共40分）1.簡(jiǎn)述標(biāo)準(zhǔn)模型的主要內(nèi)容和它所包含的粒子種類(lèi)。2.解釋什么是暗物質(zhì)，并簡(jiǎn)述科學(xué)家提出暗物質(zhì)存在的依據(jù)。3.描述宇宙暴脹理論的基本思想及其對(duì)解決宇宙學(xué)中一些問(wèn)題的意義。4.簡(jiǎn)述弱相互作用的主要特征，并舉例說(shuō)明其在自然界中的作用。四、計(jì)算題（請(qǐng)列出必要的公式和計(jì)算步驟，每題15分，共30分）1.假設(shè)哈勃常數(shù)H?=70km/s/Mpc。地球與一個(gè)距離我們d=100Mpc的星系，其視向退行速度大約是多少？(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)2.在一個(gè)符合玻爾模型的簡(jiǎn)化粒子物理模型中，一個(gè)基本粒子被限制在一個(gè)半徑為R的球內(nèi)。如果粒子質(zhì)量為m，求其基態(tài)能量。假設(shè)可以近似用一維無(wú)限深勢(shì)阱模型處理，但考慮球體積。試卷答案一、選擇題1.D2.D3.C4.C5.B6.B7.B8.A9.A10.C二、填空題1.遺骸/余暉2.粒子3.相互作用力4.膠子5.138億6.（質(zhì)）能量密度7.視向退行速度，距離8.弱相互作用9.希格斯機(jī)制/希格斯場(chǎng)10.宇宙年齡/宇宙學(xué)參數(shù)三、簡(jiǎn)答題1.標(biāo)準(zhǔn)模型主要內(nèi)容：是粒子物理學(xué)中描述強(qiáng)相互作用、弱相互作用和電磁相互作用的理論框架。它預(yù)言了所有已知的基本粒子和傳遞相互作用力的規(guī)范玻色子（光子、W/Z玻色子、膠子）。該模型基于SU(3)×SU(2)×U(1)規(guī)范對(duì)稱(chēng)性。粒子種類(lèi)：*規(guī)范玻色子：光子(γ，傳遞電磁力)、W?/W?玻色子(傳遞弱力，改變粒子種類(lèi))、Z?玻色子(傳遞弱力，不改變粒子種類(lèi))、膠子(8種，傳遞強(qiáng)力)。*費(fèi)米子：輕子（電子e?/ν?,μ子μ?/νμ,τ子τ?/ντ，每種有三種重子數(shù)）和夸克（上夸克u,下夸克d,粲夸克c,峰夸克s,底夸克b,頂夸克t，每種有三種電荷色）。*希格斯粒子：希格斯玻色子(?)。2.暗物質(zhì)定義：暗物質(zhì)是一種不與電磁力發(fā)生作用的、不發(fā)光或不反射光、也不吸收光，因此難以直接觀測(cè)到的物質(zhì)形式。它主要通過(guò)其引力效應(yīng)被間接探測(cè)到。存在依據(jù)：*星系旋轉(zhuǎn)曲線(xiàn)：觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，星系外圍恒星的旋轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)大于僅根據(jù)可見(jiàn)物質(zhì)質(zhì)量計(jì)算所預(yù)期的速度，需要額外的引力來(lái)源。*引力透鏡效應(yīng)：大質(zhì)量天體（如星系團(tuán)）前方的光線(xiàn)會(huì)發(fā)生彎曲，其引力效應(yīng)超出了可見(jiàn)物質(zhì)所能解釋的范圍。*宇宙微波背景輻射各向異性：宇宙大爆炸理論預(yù)測(cè)的早期宇宙不均勻性分布，其角功率譜與暗物質(zhì)含量密切相關(guān)。*大尺度結(jié)構(gòu)形成：計(jì)算機(jī)模擬顯示，宇宙結(jié)構(gòu)的形成需要暗物質(zhì)提供初始引力不均勻性作為種子。3.暴脹思想：暴脹理論認(rèn)為，在大爆炸發(fā)生后的極早期（約10?3?秒至10?32秒），宇宙經(jīng)歷了一個(gè)極其迅速的、指數(shù)形式的指數(shù)膨脹階段，其膨脹速率遠(yuǎn)超光速（指空間膨脹速率）。意義：*解決視界問(wèn)題：暴脹使早期宇宙的任何兩點(diǎn)，即使最初處于因果視界之外，也能在暴脹后變得足夠接近，從而解釋了為何宇宙在宏觀上是均勻的。*解決平坦性問(wèn)題：暴脹可以將宇宙的曲率驅(qū)近于零，使其符合觀測(cè)到的近似平坦。*產(chǎn)生宇宙微波背景輻射的種子：暴脹期間的量子漲落被放大，成為產(chǎn)生CMB溫度起伏的初始不均勻性。*解釋重子不對(duì)稱(chēng)：可能為宇宙中物質(zhì)與反物質(zhì)數(shù)量不對(duì)稱(chēng)提供了解釋的途徑。4.弱相互作用特征：*是四種基本相互作用中強(qiáng)度最弱的一種（約強(qiáng)于引力約10?倍）。*作用距離極短，主要在原子核尺度內(nèi)發(fā)生。*負(fù)責(zé)改變粒子的flavor（種類(lèi)），例如中微子振蕩、β衰變（一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子、電子和反電子中微子）。*有三種傳遞粒子：W?,W?,Z?。*宇稱(chēng)不守恒。作用實(shí)例：原子核的β衰變是弱相互作用改變粒子種類(lèi)、守恒中微子數(shù)和宇稱(chēng)的典型例子。它也是介子（如π介子）衰變的主要原因。四、計(jì)算題1.解析思路：根據(jù)哈勃定律V=H?×d，直接代入已知數(shù)值計(jì)算即可。注意單位換算，1Mpc≈3.086×101?km。計(jì)算過(guò)程：V=H?×d=(70km/s/Mpc)×(100Mpc)V=70×100km/sV=7000km/s答案：視向退行速度約為7000km/s。2.解析思路：將三維無(wú)