有关当代科学六大悬案的物理试题

　　根据《大众科技报》公布的当代科学六大悬案是：

　　1. 宇宙生命何处觅。１９８２年１０月，来自１２个国家的６９位科学家呼吁，要对外星智慧生物进行世界性的探索，重点是探测距地球８０光年的７７３个星球。  

　　2. 黑洞天体为何物。宇宙中有一些点（例如一颗燃尽了的恒星）由于自身塌缩的重力作用而不断被压缩，围绕这些点的一定空间就形成了一个黑洞，其引力无比强大，任何东西甚至光靠近它时都会被它吞噬掉。

　　3. 引力辐射待探测。爱因斯坦从理论上证明引力是以波的形式辐射的，可是直接检测出引力波仍是实验物理学的最大课题之一。  

　　4. 搜索太阳系的第十大行星。

　　5. 新元素发现极限。修改后的周期表可以排到１６４号，要把这张新的周期表填满。 6. 人类进化有缺环。人与猿的亲缘关系似乎还应有一环，要找到这个缺少的化石。六大悬案与中学理科有密切关系，以此为背景的一些命题。

　　1. 在非洲发现了有六七百万年历史的人科动物头骨化石，它比迄今已知的任何人科动物化石都要早 300 万年，头盖骨具有黑猩猩、大猩猩和人类的混合特征。据此回答：

　　（ 1 ）测定古人类骨骼年代，常用碳 14 法考证。 具有放射性，其半衰期为 T 年，空气中的 和 的比例为 ，这一比例基本上不随时间而变化，活着的生物体内，碳的这两种比例与空气相同，但生物体死亡后，不再吸收碳， 的比例将减小，科学家测得非洲猿人头骨中的 和 的比例为 ，试估算该头骨的距今年代。

　　（ 2 ）根据达尔文的进化论，人与猿分化的关键是（）

　　A. 由人的意愿所决定的      B. 由于长期的自然选择的结果

　　C. 定向变异逐代积累的过程 D. 由于大脑逐步发达，手脚分开使用的结果

　　2. 最近英国科学家约·默里博士通过天文观测声明可能发现了太阳系的第 10 颗大行星（其公转轨道为冥王星的 1000 倍），它到太阳距离为地球到太阳距离的 3 万倍，这个行星的公转周期为多少？已知地球绕太阳公转速度为 30km/s ，第 10 颗大行星的速度约为多少 m/s?

　　3. 阅读如下材料根据有关信息回答有关问题：（ 1 ）由于两个物质相对位置的变化引起的引力场的能量变化（与某一零位相比），称作这一对物体的引力势能。若以无限远处的势能为零，则万有引力势能 可用下式进行计算： 。式中 r 为相对的小物体 m 到大物体 M 的球心的距离。

　　（ 2 ）频率为 的光子的能量为 （式中 h 为普朗克常数）。虽然光子的静止质量为 0 。但按爱因斯坦相对论中的质能公式，（动）质量为 m 的物质具有能量 ，所以光子具有质量 。显然，从星体表面发射出的光子也要受到星体的万有引力作用。

　　（ 3 ）宇宙中一个最有趣的天体就是所谓的黑洞。它是某些类型的星体的最后演变期，这时星体已收缩成密度非常大、半径相对很小的致密星。这种星体的密度、半径已达到这样的程度：从这种星体表面发射的光子已没有足够的能量摆开星体的万有引力，因而无法远离它。从远处观察这一星体始终是黑的（因为接收不到从该星体发射出的光子），所以称为黑洞。（已知太阳的如下数据： ， ， 。赤道附近自转周期为 26 天，两极附近长于 30 天）

　　根据上述材料回答：（ 1 ）若太阳最后可演变为黑洞，则它演变为黑洞时的临界半径约为多少？（只要求数量级正确）

　　（ 2 ）若已知某星体的质量为 M ，利用上述资料，导出该星体演变为黑洞时的临界半径。

　　4. 有人提出一种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的，根据是：天文观测表明，几乎所有远处的恒星都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们的速度越大；也就是说宇宙在膨胀。不同行星的背离速度 V 和它们离我们的距离 r 成正比，即： V=Hr ， H 为哈勃常数。这一结果与观测一致。根据上述理论和天文观测结果，可以估算宇宙年龄 T ，计算式是什么？根据近期观测，哈勃常数为 3×10 － 2 m/s ·光年，由此估算出宇宙的年龄为多少？

　　答案： 1. （ 1 ） （ 2 ） B  

　　2. 5.2×10 6 m/s     170m/s   

　　3. （ 1 ） 10 3 m     （ 2 ）          

　　4.T=1/H     T=1×10 10 年

有关 2004 年科技热点的理科综合试题

　　2003 年 12 月 19 日出版《科学》杂志 --- 被誉为“科学界的奥斯卡奖”，对 2004 年科技热点进行了预测。结合科技热点进行命题，以便培养学生关注社会热点，提高分析科学热点的能力。

　　一、 3 枚火星探测器抵达火星：

　　1.2004 年初，欧空局的“猎兔犬 ---2 ”号将在火星伊西底斯平原登陆。“猎兔犬 2 ”号运用最新科技手段对火星进行近距离探测，将在火星的重力分布、磁场分布以及含有的元素测定方面做出最新研究。根据预测探测器有可能在一些环形山中发现质量密集区。当飞越这些密集区时，通过地面的大口径射电望远镜观察，探测器的轨道参数发生微小变化。这些可能的变化是（）

　　A. 半径变小   B. 半径变大    C. 速率变小      D. 速率变大

　　答案： AD

　　2. 美国的“机遇“号着陆后将对火星矿物进行勘探，以期证实火星早期曾存在高温热水的设想；“勇气”号则用于对火星水的形成原因进行研究。科学家研究水是根据中子光谱仪探知的，这种仪器若发现，中子的速度在火星尘土中某些部分出现了明显下降，所以知道火星尘土中有大量的氢离子。

　　（ 1 ）从碰撞实验的角度说明为什么中子速度明显下降，表明有氢离子存在，从而间接证明可能存在水。

　　（ 2 ）这类似物理学史上什么著名实验？

　　答案：（ 1 ）中子的质量与质子的质量相近，根据弹性碰撞规律知道，中子与质子相碰后速度发生交换，中子速度明显下降，质子则获得较大的速度。中子速度明显下降表明大量氢离子（质子）的存在，从而间接证明火星存在水。（ 2 ）发现中子的实验。

　　3. 据预测，在火星外围可能存在一个模糊不清的圆环。为了判断该环是与火星相连的连续物，还是绕火星运转的小卫星群。需要测出环中各层的线速度 v 以及该层到火星中心的距离 R 。问如何根据所测的数据判断？

　　答案：（１）如果该环是与火星相连的连续物，则由于火星的自转，该环的各层也随火星一起自转，各部分自转的角速度相同，都等于火星的自转角速度。则环中各层的线速度有 v= ω R ， v ∝ R 。所以，如果测出了环中各层的线速度 v 以及该层到火星中心的距离 R ，进而得到了 v 与 R 的关系是正比关系，既可判得：该环是与火星相连的连续物。

　　（２）如果该环是绕火星运转的小卫星群，则根据 GmM/R 2 =mv 2 /R 。式中 M 是火星的质量，是常量。所以环中各层的线速度 v=GM/R ， 。所以如果测出了环中各层的线速度 v 以及该层到火星中心的距离 R ，进而得到 v 与 R 的平方根成反比，即可判得：该环是绕火星运转的小卫星群。

　　二、 美推进大规模生物防御研究工作。 2003 年，美生物防御研究十分火爆，预计 2004 年势头依旧。生物防御研究工作有望在引起鼠疫、炭疽热及出血热等疾病的病原体基础生物学研究方面取得进展。同时，在开发新型或改进型抗天花、炭疽热和埃博拉病疫苗方面也会获重要进展。

　　1. 下列可作为生物武器使用的有 ①炭疽热　②天花　③鼠疫　④艾滋病

　　A. ①②④    B. ③④     C. ①②③    D. 全部

　　答案： C

　　2. 美国因发现邮件传送的炭疽热病毒，引发民众恐慌。为此，卫生机关提醒民众，若不小心接触可疑邮件后，应立即（）

　　A. 将邮件深埋地下　　 B. 戴上防毒面具　　 C. 清洗邮件放过的桌面　　 D. 用肥皂水洗手，更换衣物并报警

　　答案： D

　　3. 美国研究人员称，他们利用少量从炭疽热细菌取出的脱氧核糖核酸 (DNA) 与其他细菌的 DNA 结合，生产出炭疽热疫苗。已知脱氧核糖核酸的碱基有四种，分别是 、 、 、 。 DNA 主要存在于 中，是组成 的主要成分。

　　答案：腺嘌呤 A 、鸟嘌呤 G 、胸腺嘧啶 T 、胞嘧啶 C       细胞核　　　染色体

　　4. 炭疽热病是由 引发的急性传染病，感染途径有 　　　　　、　　　、　　　　 。

　　答案：炭疽杆菌　　　伤口接触　　　飞沫　　　消化道传染

　　5. 为了灭鼠，有人尝试“引蛇灭鼠”，此种方法的突出优点是 。

　　答案：不污染环境，保护生态平衡

　　三、基因组数据泛滥： 人们在获得人类基因组排序图以后，生物学家发现，为了使排序图发挥作用，他们需要更多的数据。为此，若干个大规模计划目前正在执行中：基因芯片正产生有关基因表达的信息；蛋白质组计划将详细揭示蛋白质的功能和相互作用。这些工作将造成“信息泛滥”，出现过多的新数据库和软件，以及如何搜集和使用这些数据的标准。如何协调和使用这些数据的争 议将会继续下去。

　　1. 在以《人类基因计划》为标志的染色体基因作图的 DNA 全序测定工作完成以后，分子生物学的研究将进入一个新的研究时代，它将以阐明基因组的功能为典型特征，这个时代被称为（）

　　A. 基因组时代　　　 B. 后基因时代　　　　 C. 后分子生物时代　　　 D. 结构生物学时代

　　答案： B

　　2. 植物基因工程往往需要接受外来 DNA 细胞经有丝分裂形成植株，细胞每次分裂时 DNA 都要复制一次，每次复制都是（）

　　A. 母链和母链，子链和子链，各组成一条子代的 DNA

　　B. 每条子链和它的母链组成子代 DNA

　　C. 每条子链随机地和两条母链之一组成子代 DNA

　　D. 母链降解，重新形成两个子代 DNA

　　答案： B

　　3. 利用蛋白质工程改造天然蛋白质，进而改变其功能，获得毒副作用减小、专一性增强、药效加强、稳定性增强的理想药物。如胰岛素是治疗依赖性糖尿病的特效药物。但是天然胰岛素在人体内的寿命只有几小时，重症病人每天注射好几次的药物，给病人增加了不便和痛苦。通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构，以延长胰岛素的半衰期，得到长效胰岛素。根据材料回答：（１）上述胰岛素的合成是在 上进行的，其直接决定氨基酸排列顺序的模板不得 转录形成的。（２）利用蛋白质工程生产的胰岛素与天然蛋白质相比显著的优点是 。

　　答案：（１）核糖体　　 DNA 　　（２）结构相对稳定　　　药效时间长

　　4. 人类基因组计划将对人类产生的主要影响较客观的看法是

　　① 加深对人类的各种性状的起源、性质和变异的了解

　　② 会引发个人隐私性、预先判断性，基因歧视等社会问题

　　③ 使基础生物学的研究得到深入发展

　　④ 为诊断和治疗人类遗传病开辟新的途径

　　⑤ 开发新技术，如快速 DNA 测序的方法等

　　A. ①③④⑤    B. ③④    C. ②     D. ①②③④⑤

　　答案： D

　　四、底夸克粒子粒子工厂的建成：目前普遍认为，质子和中子都是由被称为 U 夸克和 d 夸克的两类夸克组成。 U 夸克的带电量为 2e/3 ， d 夸克的带电量为－ e/3 ， e 为基本电荷。下面说法正确的是（）

　　A. 质子有一个 U 夸克和一个 d 夸克组成，中子有一个 U 夸克和２个 d 夸克组成

　　B. 质子有二个 U 夸克和一个 d 夸克组成，中子有一个 U 夸克和２个 d 夸克组成

　　C. 质子有一个 U 夸克和二个 d 夸克组成，中子有二个 U 夸克和１个 d 夸克组成

　　D. 质子有二个 U 夸克和一个 d 夸克组成，中子有一个 U 夸克和 1 个 d 夸克组成

　　答案： B

　　五、微生物对温室气体影响的研究更加深入： 经过长期对生活在地下的真菌、线虫和无数其他生物体的辨识，土壤科学家将开始就微生物对影响温室气体展开更深层次的研究。研究成果将直接服务于农业可持续发展战略。

　　1. 农业科技人员向农民建议，在利用温室生产时，可向温室里施放适量的 CO 2 。这是因为（）

　　A.CO 2 可使害虫窒死亡，从而有效防止植物的病虫率

　　B. 植物的光合作用需要 CO 2 ，使用 CO 2 可促进光合作用

　　C.CO 2 可产生温室效应，使温室温度升高

　　D.CO 2 能灭火，施用 CO 2 可避免火灾

　　答案： B

　　2. 为快速处理有机垃圾，根据微生物特点，科学界将不同的细菌的有关基因集中到一种细菌体内，从而培育出能分泌多种酶的细菌。该细菌的基因控制酶合成的表达式为 。

　　答案：基因→ RNA →蛋白质（酶）