Главная | Обратная связь

ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ

Задание 23.1 (выберите один вариант ответа).

К основным физическим теориям, составляющим фундамент космоло­гии, относятся ...

Варианты ответа:

1.Электронная теория Лоренца и классическая электродинамика.

2.Классическая механика и механика сплошных сред.

3.Общая теория относительности и квантовая теория поля.

4.Равновесная термодинамика и молекулярно-кинетическая теория.

Обоснование ответа. Если иметь в виду, что в вопросе подразумевается

современная космология, то из приведенных вариантов ответа следует вы­брать третий: общая теория относительности и квантовая теория поля. Клас­сическая механика служила фундаментом космологии в XVIII-XIX вв. Рав­новесная термодинамика «родила» концепцию «тепловой смерти» Вселен­ной, которая сейчас не подтверждается экспериментально. Электронная теория Лоренца и классическая электродинамика не занимаются проблема­ми космологии.

Правильным является вариант ответа: 3) общая теория относительности и квантовая теория поля.

 

Задание 23.2 (выберите один вариант ответа).

Метагалактика — наблюдаемая часть Вселенной — представляется при наблюдениях ...

Варианты ответа:

1.Практически однородной во всех масштабах.

2.Однородной и изотропной в масштабах меньше 200 Мпк и неоднород­ной в больших масштабах.

3.Сильно неоднородной в любых масштабах.

4.Однородной и изотропной в очень больших масштабах и неоднородной в меньших масштабах.

Обоснование ответа. Несмотря на наблюдаемую глазом неоднородность в распределении материи во Вселенной (галактики, звезды, газовые туман­ности и т. д.), при переходе к очень большим масштабам, когда уже нельзя различить, что происходит на расстояниях, меньших 200 Мпк, неоднород­ность в распределении материи уже не замечается. Это напоминает ситуа­цию с географическими картами. Если масштаб карты достаточно мелкий, например, 100 м в одном сантиметре, то мы можем различить на этой карте даже отдельные деревья и узкие тропинки в лесу. А если масштаб карты составляет 100 км в одном сантиметре, то весь лес представляет собой сплош­ной однородный массив.

Правильным является вариант ответа: 4) однородной и изотропной в очень больших масштабах и неоднородной в меньших масштабах.

 

Задание 23.3 (выберите один вариант ответа).

Космология — это ...

Вар и а н т ы ответа:

1. Научное направление, изучающее состав, структуру и законы движения планет Солнечной системы.

2. Раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие космических тел и их систем.

3. Совокупность научных направлений, занимающихся изучением орбитальных полетов вблизи Земли.

4.Физическое учение о Вселенной как единой целостной сверхсистеме, изучающее исследования расширения, однородности и изотропности наблюдаемого мира.

Обоснование ответа. Космология изучает Вселенную, а не только Солнечную систему или околоземное пространство, поэтому первый и третий варианты не подходят. Второй вариант определяет раздел астрономии, который называется космогонией. Правильным является четвертый вариант, хотя приведенное в нем определение космологии несколько абстрактно.

Правильным является вариант ответа: 4) физическое учение о Вселенной как единой целостной сверхсистеме, включающее исследования расширения, однородности и изотропности наблюдаемого мира.

 

Задание 23.4 (выберите один вариант ответа).

Модель расширяющейся Вселенной наблюдательно подтверждается ...

Варианты ответа:

1.Открытием реликтового излучения.

2.Открытием Э. Хабблом пропорциональности между скоростью разбегания галактик и расстоянием до них.

3.Изучением изотопного состава вещества метеоритов, Солнца и Земли.

4.Исследованием химического состава звезд путем анализа их спектров. Обоснование ответа. Первым экспериментальным аргументом в пользу расширения Вселенной было открытие Э. Хаббла, установившего пропор- циональность между скоростью разбегания галактик и расстоянием до них. Открытие реликтового излучения подтверждает гипотезу горячего Большого Взрыва, которая также опирается на экспериментально установленный факт разбегания галактик. А вот изучения Солнца, звезд — это область астрофизики, лишь косвенно связанная с космологией.

Правильным является вариант ответа: 2) открытием Э. Хабблом пропорциональности между скоростью разбегания галактик и расстоянием до них.

 

Задание 23.5 (выберите один вариант ответа).

Согласно теории расширяющейся Вселенной ...

Варианты ответа:

1Радиус кривизны Вселенной не меняется со временем.

2.Вселенная проходит бесконечную цепь расширений и сжатий.

3.Галактики удаляются друг от друга.

4.Радиус кривизны Вселенной уменьшается.

Обоснование ответа. Теория расширяющейся Вселенной опирается на экспериментально установленный факт удаления галактик друг от друга. Что касается радиуса кривизны Вселенной, то сейчас ученые приходят к мысли, что Вселенная была, есть и будет плоской (евклидовой), т. е. про­странство Вселенной имеет бесконечный радиус кривизны.

Правильным является вариант ответа: 3) галактики удаляются друг от друга.

 

Задание 23.6 (выберите один вариант ответа).

Современная космология строит модели Вселенной на основе ...

Варианты ответа:

1.Общей теории относительности Эйнштейна.

2.Теории света.

3.Специальной теории относительности.

4.Классической механики.

Обоснование ответа. Современная космология опирается на прочный фундамент общей теории относительности А. Эйнштейна.

Правильным является вариант ответа: 3) общей теории относительности Эйнштейна.

 

Задание 23.7 (выберите один вариант ответа).

Согласно космологическим моделям происхождение легких химических элементов (до железа) связано с ...

Варианты ответа:

1.Процессами жизнедеятельности живых организмов.

2.Реакциями радиоактивного распада тяжелых элементов.

3.Термоядерными реакциями внутри звезд.

4.Вулканической деятельностью Земли.

Обоснование ответа. Синтез химических элементов связан с термоядер­ными реакциями в звездах. В результате слияния все более тяжелых ядер получаются элементы с атомным весом до ~60 (до железа). Более тяжелые элементы получаются в результате взрыва звезд на последних стадиях их жизни.

Правильным является вариант ответа: 3) термоядерными реакциями внутри звезд.

 

Задание 23.8 (выберите один вариант ответа).

Согласно модели Большого Взрыва, все вещество Вселенной в начальный момент было сосредоточено в крайне небольшом объеме с бесконечно высо­кой плотностью. Такое состояние называется ...

Варианты ответа:

1.Сингулярностью.

2.Точкой бифуркации.

3.Комплементарностью.

4.Хиральностью.

Обоснование ответа. Состояние Вселенной при t = 0 называется сингулярным

Правильным является вариант ответа: 1) сингулярностью.

 

Задание 23.9(выберите варианты согласно тексту задания).

Остановите соответствие между основными видами материи во Вселенной и их свойствами:

1. Темное вещество.

2. Темная энергия.

Варианты ответа:

А.Характеризуется неоднородным распределением, проявляется благодаря гравитационному взаимодействию.

Б. Обусловливает расширение Вселенной.

В.Является причиной процессов разрушения, распада.

Обоснование ответа. Третий вариант ответа надо сразу отбросить как не имеющий ничего общего ни с темной материей, ни с темной энергией. Вариант А относится к темному веществу. Действительно, его наличие во Вселенной в настоящее время устанавливается только косвенно, по изменению в движении видимого вещества, с которым темное вещество гравитационно взаимодействует. Темная энергия, или энергия физического вакуума, обуславливает расширение Вселенной.

Правильным является соответствие: 1 — А; 2 — Б.

24.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

24.1.Формирование Солнца и планет Солнечной системы произошло около 4,6 млрд лет назад. Исходным материалом для них явились газы, космическая пыль и осколки взорвавшихся звезд предыдущих поколений («космический мусор», как шутя называют этот материал астрономы). Присутствие массивных центров гравитационной конденсации и их конкуренция привели к слипанию вещества в несколько «комков» разных размеров и на разных расстояниях от центра. В центральном «комке», где сконцентрировалась основная масса системы, созрели условия для запуска естественного термоядерного реактора, что и стало рождением нашего Солнца. А вот остальные «комки» продолжали собирать газ, пыль, крупные и мелкие тела (планетезимали), вращаясь около Солнца. Этот процесс занял около 100 млн лет.

24.2. Когда Земля накопила -98% своей массы (~6*10²⁴ кг), она сначала представляла собой однородный шар, состоящий из относительно легких силикатов (в основном Si0₂) и тяжелых по сравнению с ними оксидов железа, никеля и т. п. Вся последующая геологическая история представляет собой гравитационную дифференциацию (разделение) веществ, обладающих разной плотностью: железо, никель из мантии «стекает» к центру Земли,образуя ядро, а силикаты и другие легкие вещества поднимаются к поверх­ности мантии. Эффективность конвективных процессов существенно повы­шается в результате разогрева недр Земли. Основными источниками тепло­выделения в Земле являются распад радиоактивных элементов (²³⁸U, ²³⁵U, ²³²Th, ⁴⁰К) и гравитационная дифференциация тяжелых и легких веществ (т. е. «опускание» железа к центру Земли).

24.3.Формирование ядра сопровождается целым рядом процессов, обу­словливающих появление разнородных оболочек как внутри тела Земли, так и в непосредственной близости от'ее поверхности. Так, на глубине 60- 250 км вещество мантии частично расплавлено и представляет собой «каше­образную» массу. Этот слой называется астеносферой. Выше расположена литосфера, которая расколота на гигантские плиты, «плавающие» по по­верхности астеносферы. Наиболее крупных плит шесть: Евроазиатская, Аф­риканская, Индоавстралийская, Тихоокеанская, Американская и Антарк­тическая.

24.4.В результате вулканических процессов на поверхности литосферы образуется слой твердых веществ с несколько меньшей (на 10...15%), чем у верхней литосферы, плотностью. Этот слой, который называется земной ко­рой, представляет собой уникальный продукт геологической эволюции. Ли- тосферные плиты не являются чем-то раз и навсегда образовавшимся и не­подвижным. Они двигаются, рождаются из мантии и снова уходят в нее. Еще в 1946 году было высказано предположение о том, что океанские лито- сферные плиты заглубляются под континентальные в областях земной по­верхности, расположенных на периферии океанов. Значит, внутри океанов должны находиться области зарождения и растяжения вновь образующейся океанской литосферы. Во всех океанах такими областями являются средин­но-океанские хребты, достигающие нескольких километров в высоту. По оси этих хребтов располагаются довольно узкие рифтовые долины — глубо­кие пропасти с почти отвесными стенками. Именно в этих долинах астено­сфера почти подходит к поверхности коры и именно здесь изливается све­жая базальтовая лава из небольших вулканов вдоль полосы шириной 1-3 км по оси рифтовой долины. Застывая, эта лава и образует нарождающуюся океаническую литосферу.

24.5.Газовая оболочка Земли называется атмосферой (от греческих слов «атмос» — пар и «сфера» —оболочка). Существование атмосферы обуслов­лено достаточно сильным гравитационным полем Земли. Далеко не все не­бесные тела имеют атмосферу. Атмосфера представляет собой механическую смесь многих газов. Главными составляющими чистого сухого воздуха на уровне моря являются азот (-78%), кислород (-21 %), аргон (-1 %) и углекис­лый газ (-0,03%). На долю остальных газов — неона, гелия, криптона, водо­рода, озона и т. д. приходится менее 0,01% . Такой состав атмосферы явился следствием биологической эволюции на Земле, так как первичная атмосфе­ра Земли была совсем другой. Она состояла из небольшого количества азота, аммиака и инертных газов и была чрезвычайно тонкой. Не было в атмосфере ни водяного пара, ни углекислого газа, ни кислорода. С началом геологиче­ской эволюции происходит дегазация мантии: выделение при вулканических процессах водяного пара и других газов из верхней мантии. Следующим важнейшим событием стало появление свободного кислорода биогенного происхождения. Дальнейшая эволюция атмосферы заключалась, прежде всего,в нарастании количества свободного кислорода, приведшего в конце концов к формированию кислородной атмосферы — этого биогеохимического чуда, не имеющего аналогов на других планетах Солнечной системы.

24.6.По характеру изменения температуры с высотой различают тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу. Тропосфера прилегает к земной поверхности и имеет среднюю температуру у поверхности +15°С. В тропосфере заключено около 90% массы атмосферы и практически весь водяной пар. Стратосфера характеризуется ростом температуры с высотой и исключительной сухостью воздуха. Там почти нет водяного пара. Верхняя граница стратосферы расположена в среднем на высоте 50-55 км. В нижней части стратосферы находится озоновый слой (озон — это трехатомный кислород 0₃). Озоновый слой имеет исключительно важное значение для существования биосферы, так как поглощает губительную для всего живого ультрафиолетовую радиацию Солнца. Можно сказать, что озоновый слой как щит прикрывает все живое на Земле. Мезосфера — слой, лежащий над стратосферой и характеризующийся падением температуры с высотой. В термосфере температура растет от -90°С на высоте около 90 км до 1000-2000°С на юте 400 км.

24.7.Атмосфера — это своего рода тепловая машина. Нагревателем ее служат тропики, которые получают больше энергии от Солнца, а холодильником — полюсы. Эта тепловая машина беспрерывно превращает поступающую от Солнца тепловую энергию в кинетическую энергию движения воздуха. По ориентировочным оценкам, коэффициент полезного действия такой теплоловой машины равен всего 2%. Именно столько энергии солнечной радиации превращается в кинетическую энергию ветра. Много это или мало? Земля поглощает в секунду примерно 1,2Ю¹⁷ Дж. Значит, мощность тепловой машины под названием «атмосфера» составляет около 2,410¹⁵ Вт. Впечатляющая цифра!

Рабочим веществом этой тепловой машины являются воздушные массы, непрерывно переносящие тепло от нагревателя-экватора к холодильникам- полюсам. Этот перенос осуществляют в основном циклоны и антициклоны. Из всего количества избыточного тепла, получаемого Землей в низких широтах, воздушные потоки переносят около 90% тепла. Остальные 10% приходятся на долю океанских течений. Однако роль океана этим не исчерпывается. В отличие от суши, океаны обладают огромной теплоемкостью. Поэтому они нагреваются летом и охлаждаются зимой значительно медленнее, чем суша. Между океанами и сушей зимой и летом существует перепад температур. Благодаря этому в атмосфере работают и другие, помимо рассмотренной выше, тепловые машины. Зимой у них нагревателями служат океаны , а холодильниками — континенты. Летом, наоборот, континенты становятся нагревателями, а океаны — холодильниками. Движение воздуха при м осуществляется в форме муссонов, т. е. преобладающих ветров, дующих у поверхности зимой с материка в океан, а летом — с океана на материк.Они смягчают зимнюю стужу и уменьшают летнюю жару. При движении в глубь материков влияние океанов ослабевает, и климат становится все бо­лее и более континентальным.

24.8.Другая важная внешняя оболочка нашей планеты — гидросфера. Она включает в себя и лед, и обычную жидкую воду, и водяной пар, присут­ствующий в атмосфере в очень небольших количествах. Наличие у Земли океана представляет собой достаточно редкое для Солнечной системы явле­ние. Ведь чтобы образовался океан, т. е. значительная масса жидкого веще­ства, отделенная от атмосферы и литосферы резкой границей, необходимо, чтобы температура поверхности космического тела была, с одной стороны, выше температуры плавления этого вещества, а с другой стороны, ниже его критической температуры, при которой исчезает разница между жидким и газообразным состояниями вещества. Кроме того, общая масса вещества должна быть достаточно большой, чтобы мог сформироваться значительный объем жидкой фазы, в противном случае конденсация пара приведет лишь к появлению мелкомасштабных форм жидкости (облака, туман и т. п.).

24.9.В отличие от электрического поля Земли, которое долгое время пуга­ло людей грозовыми разрядами, магнитное поле уже давно стало помощни­ком человека, в первую очередь, помогая ему определять направление в про­странстве. Несмотря на то что магнитное поле Земли довольно слабое, его роль в эволюции жизни трудно переоценить. Ведь Земля постоянно находится под воздействием мощного потока высокоэнергетических заряженных частиц, испускаемых Солнцем (солнечный ветер). Эти частицы, так же как и ультра­фиолетовое излучение, чрезвычайно губительно для живых организмов. Бла­годаря наличию магнитного поля, электрически заряженные частицы силой Лоренца отклоняются от своего первоначального направления и отводятся к магнитным полюсам. Двигаясь по спирали около магнитных силовых линий, эти частицы интенсивно возбуждают молекулы воздуха, которые затем излу­чают свет. Так возникают удивительные по красоте полярные сияния.