Question

6．阅读短文，回答问题：
星系在远离我们而去
当一列火车迎面驶来时，我们听到的汽笛声音调会升高（即声波的频率升高）；当它离我们远去时，音调降低（即声波的频率降低），这一现象叫多普勒效应．
不同色光的频率不同．光同样可以产生多普勒效应，当光源靠近我们或离我们远去时，我们观测到它发出的光的频率也会发生变化．变化的规律与声音相同．
20世纪天文学家哈勃观察到，几乎所有远处星系发出光的频率都向红光方向偏移，称为“红移”．这一现象说明，星系在远离我们而去．哈勃研究了24个距离已知的星系，由它们发出光频率的偏移推算出他们退行的速度，画出它们退行的速度v与它们离我们的距离r的v-r图象，如右图所示．图中只标出其中四种星团，横坐标单位中的l．y．是光年，它表示光在一年内所通过的距离．分析图象，哈勃总结出v和r之间存在简单的正比关系，即：v=Hr，H为哈勃常数，这便是“哈勃定律”．
为解释哈勃定律，科学家提出“宇宙大爆炸”理论．认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的，假设我们就位于其中心．大爆炸后各星系以不同的速度向外匀速运动，远离我们而去．
（1）鸣笛的火车远离我们而去，我们听到汽笛声的频率降低（升高/不变/降低）．
（2）若远处有光源在靠近地球，则在地球上观察到它所发出光的频率升高（升高/不变/降低）．
（3）由文中“红移”现象推知，红光的频率小于（大于/等于/小于）紫光的频率．
（4）关于图中四种星团速度的描述，符合短文内容的是B．
A．四种星团速度相同
B．长蛇星系团速度最大
C．室女云星团速度不断变小
D．长蛇星系团速度不断变大
（5）根据短文内容，估算哈勃常数H的值．写出计算过程，一年取3×10⁷s，结果保留到整数．

Answer 1

分析 （1）当火车向你驶来的时候，鸣笛的音调变高；当火车离开你向远处驶去时，音调在降低，但若你是坐在警车上，所听到的鸣笛声的音调却始终一样，也就是说实际上鸣笛的频率并没有改变，只是当听者和声源之间发生相对运动时，听者感觉到频率的改变，这种现象称为多普勒效应；当火车向你驶来的时候，鸣笛的音调变高；当火车离开你向远处驶去时，音调在降低；
（2）认真阅读材料，根据声音的变化规律分析解答；
（3）红光的频率小于紫光的频率，红光的波长大于紫光的波长；
（4）观察图象中各星团速度大小得出结论．
（5）从图象中读出长蛇星系团的速度，求出其通过的距离，然后利用v=Hr计算哈勃常数H的值．

解答 解：（1）鸣笛的火车离我们远去，距离越来越远，听到的鸣笛声的频率将降低；
（2）根据材料可知，我们听到的汽笛声音调会升高（即声波的频率升高）；当它离我们远去时，音调降低（即声波的频率降低），
当光源靠近我们或离我们远去时，我们观测到它发出的光的频率也会发生变化．变化的规律与声音相同．
所以，若远处有光源在靠近地球，则在地球上观察到它所发出光的频率升高．
（3）“红移”现象说明星系的光谱正在变长，频率在减小，即向长波方向偏移，由此推知红光的波长大于紫光的波长，红光的频率小于紫光的频率；
（4）短文图象中四种星团，四种星团的速度不相同，长蛇星系团的速度最大，且是匀速直线运动；故选项B正确．
（5）图中长蛇星系团的速度为v=6×10⁷m/s
距离为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．
故答案为：（1）降低；（2）升高；（3）小于；（4）B；（5）哈勃常数H的值为3×10^-18s^-1．

点评 本题考查了哈勃的贡献，为了纪念他，1990年，人类发射的太空望远镜命名为“哈勃”望远镜．宇宙由物质构成，物质处于不停地运动和发展之中．