Question

6．閱讀短文，回答問題：
星系在遠(yuǎn)離我們而去
當(dāng)一列火車迎面駛來時，我們聽到的汽笛聲音調(diào)會升高（即聲波的頻率升高）；當(dāng)它離我們遠(yuǎn)去時，音調(diào)降低（即聲波的頻率降低），這一現(xiàn)象叫多普勒效應(yīng)．
不同色光的頻率不同．光同樣可以產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，當(dāng)光源靠近我們或離我們遠(yuǎn)去時，我們觀測到它發(fā)出的光的頻率也會發(fā)生變化．變化的規(guī)律與聲音相同．
20世紀(jì)天文學(xué)家哈勃觀察到，幾乎所有遠(yuǎn)處星系發(fā)出光的頻率都向紅光方向偏移，稱為“紅移”．這一現(xiàn)象說明，星系在遠(yuǎn)離我們而去．哈勃研究了24個距離已知的星系，由它們發(fā)出光頻率的偏移推算出他們退行的速度，畫出它們退行的速度v與它們離我們的距離r的v-r圖象，如右圖所示．圖中只標(biāo)出其中四種星團(tuán)，橫坐標(biāo)單位中的l．y．是光年，它表示光在一年內(nèi)所通過的距離．分析圖象，哈勃總結(jié)出v和r之間存在簡單的正比關(guān)系，即：v=Hr，H為哈勃常數(shù)，這便是“哈勃定律”．
為解釋哈勃定律，科學(xué)家提出“宇宙大爆炸”理論．認(rèn)為宇宙是從一個大爆炸的火球開始形成的，假設(shè)我們就位于其中心．大爆炸后各星系以不同的速度向外勻速運(yùn)動，遠(yuǎn)離我們而去．
（1）鳴笛的火車遠(yuǎn)離我們而去，我們聽到汽笛聲的頻率降低（升高/不變/降低）．
（2）若遠(yuǎn)處有光源在靠近地球，則在地球上觀察到它所發(fā)出光的頻率升高（升高/不變/降低）．
（3）由文中“紅移”現(xiàn)象推知，紅光的頻率小于（大于/等于/小于）紫光的頻率．
（4）關(guān)于圖中四種星團(tuán)速度的描述，符合短文內(nèi)容的是B．
A．四種星團(tuán)速度相同
B．長蛇星系團(tuán)速度最大
C．室女云星團(tuán)速度不斷變小
D．長蛇星系團(tuán)速度不斷變大
（5）根據(jù)短文內(nèi)容，估算哈勃常數(shù)H的值．寫出計(jì)算過程，一年取3×10⁷s，結(jié)果保留到整數(shù)．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)火車向你駛來的時候，鳴笛的音調(diào)變高；當(dāng)火車離開你向遠(yuǎn)處駛?cè)�時，音調(diào)在降低，但若你是坐在警車上，所聽到的鳴笛聲的音調(diào)卻始終一樣，也就是說實(shí)際上鳴笛的頻率并沒有改變，只是當(dāng)聽者和聲源之間發(fā)生相對運(yùn)動時，聽者感覺到頻率的改變，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)；當(dāng)火車向你駛來的時候，鳴笛的音調(diào)變高；當(dāng)火車離開你向遠(yuǎn)處駛?cè)�時，音調(diào)在降低；
（2）認(rèn)真閱讀材料，根據(jù)聲音的變化規(guī)律分析解答；
（3）紅光的頻率小于紫光的頻率，紅光的波長大于紫光的波長；
（4）觀察圖象中各星團(tuán)速度大小得出結(jié)論．
（5）從圖象中讀出長蛇星系團(tuán)的速度，求出其通過的距離，然后利用v=Hr計(jì)算哈勃常數(shù)H的值．

解答 解：（1）鳴笛的火車離我們遠(yuǎn)去，距離越來越遠(yuǎn)，聽到的鳴笛聲的頻率將降低；
（2）根據(jù)材料可知，我們聽到的汽笛聲音調(diào)會升高（即聲波的頻率升高）；當(dāng)它離我們遠(yuǎn)去時，音調(diào)降低（即聲波的頻率降低），
當(dāng)光源靠近我們或離我們遠(yuǎn)去時，我們觀測到它發(fā)出的光的頻率也會發(fā)生變化．變化的規(guī)律與聲音相同．
所以，若遠(yuǎn)處有光源在靠近地球，則在地球上觀察到它所發(fā)出光的頻率升高．
（3）“紅移”現(xiàn)象說明星系的光譜正在變長，頻率在減小，即向長波方向偏移，由此推知紅光的波長大于紫光的波長，紅光的頻率小于紫光的頻率；
（4）短文圖象中四種星團(tuán)，四種星團(tuán)的速度不相同，長蛇星系團(tuán)的速度最大，且是勻速直線運(yùn)動；故選項(xiàng)B正確．
（5）圖中長蛇星系團(tuán)的速度為v=6×10⁷m/s
距離為r=2000×10⁶l．y=2000×10⁶ l．y×3×10⁸ m/s×3×10⁷ s=1.8×10²⁵ m，
由v=Hr得：
H=$\frac{v}{r}$=$\frac{6×1{0}^{7}m/s}{1.8×1{0}^{25}m}$≈3×10^-18s^-1．
故答案為：（1）降低；（2）升高；（3）小于；（4）B；（5）哈勃常數(shù)H的值為3×10^-18s^-1．

點(diǎn)評 本題考查了哈勃的貢獻(xiàn)，為了紀(jì)念他，1990年，人類發(fā)射的太空望遠(yuǎn)鏡命名為“哈勃”望遠(yuǎn)鏡．宇宙由物質(zhì)構(gòu)成，物質(zhì)處于不停地運(yùn)動和發(fā)展之中．