第十一講：探索宇宙（解析版）

第十一講：探索宇宙一、宇宙理論1、宇宙：廣漠空間和存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱。由大量不同層次的星系構(gòu)成的，宇宙是均勻的、無(wú)邊的、膨脹的，宇宙中有上千億的星系，平均每個(gè)星系又有上千億的恒星和各類天體，運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)將時(shí)間和空間結(jié)合在一起就成為我們所說(shuō)的宇宙。2、托勒密的宇宙體系——地心說(shuō)托勒密認(rèn)為，地球處于宇宙中心靜止不動(dòng)。從地球向外，依次有月球、水星、金星、太陽(yáng)、火星、木星和土星，在各自的圓軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。3、哥白尼與“日心說(shuō)”16世紀(jì)，波蘭天文學(xué)家哥白尼在臨終時(shí)發(fā)表了一部具有歷史意義的著作——《天體運(yùn)行論》，完整地提出了“日心說(shuō)”理論。這個(gè)理論體系認(rèn)為，太陽(yáng)是行星系統(tǒng)的中心，一切行星都繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。地球也是一顆行星，它上面像陀螺一樣自轉(zhuǎn)，一面又和其他行星一樣圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。4、目前被人們廣為接受的一種宇宙起源學(xué)說(shuō)是大爆炸宇宙理論。其主要觀點(diǎn)----大約137億年前，我們所處的宇宙全部以粒子的形式、極高的溫度和密度，被擠壓在一個(gè)“原始火球”中。大爆炸使物質(zhì)四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應(yīng)下降，后來(lái)相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命5、宇宙的將來(lái)有兩種結(jié)局：永遠(yuǎn)膨脹下去，或者會(huì)塌縮而在大擠壓處終結(jié)。6、英國(guó)人史蒂芬·霍金提出的黑洞理論和宇宙無(wú)邊界的設(shè)想成了現(xiàn)代宇宙學(xué)的重要基石。他的宇宙無(wú)邊界設(shè)想是這樣的：第一，宇宙是無(wú)邊的；第二，宇宙不是一個(gè)能任意賦予初始條件或邊界的一般系統(tǒng)。二、銀河系1、銀河系：側(cè)看：中間厚，四周薄，像鐵餅；俯視：大旋渦。銀河系直徑約10萬(wàn)光年，太陽(yáng)系與銀河系的中心相距約3萬(wàn)光年。2、宇宙中類似銀河系的天體系統(tǒng)有千億個(gè)，在銀河系中像太陽(yáng)系一樣的恒星系有幾千億顆。三、探索宇宙1、古希臘人把天空分成48個(gè)星座，古中國(guó)人把天空劃分為二十八宿國(guó)際上把天空劃分為88個(gè)區(qū)域，命名為88個(gè)星座。2、常見的星座3、著名的星座：大熊座、小熊座、仙后座、天鵝座、天琴座和獵戶座。著名的恒星：北極星（小熊座）、織女星（天琴座）、牛郎星（天鷹座）、天狼星（大犬座）、北斗七星（大熊座）。4、星空：星等：星等越小星越亮（6等星是肉眼所見最暗的星，太陽(yáng)是-26.7）。5、北斗七星斗柄朝向：春夏秋冬對(duì)應(yīng)東南西北。6、找北極星方法：把北斗星斗前兩顆星連線，并朝斗口方向延伸約5倍距離，即可找到北極星。7、宇宙的結(jié)構(gòu)層次8、銀河系：側(cè)看：中間厚，四周薄，像鐵餅；俯視：大旋渦。銀河系直徑約10萬(wàn)光年，太陽(yáng)系與銀河系的中心相距約3萬(wàn)光年。9、宇宙中類似銀河系的天體系統(tǒng)有千億個(gè)，在銀河系中，像太陽(yáng)系一樣的恒星系有幾千億顆。10、人類可觀測(cè)到的最遠(yuǎn)天體距離地球130億光年。知識(shí)鞏固練一、選擇題1、關(guān)于地心說(shuō)和日心說(shuō)，下列說(shuō)法中正確的是(

)A.因?yàn)榈厍蚶@太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，所以日心說(shuō)是正確的

B.地心說(shuō)證明了地球在不停地繞著地軸自轉(zhuǎn)

C.地心說(shuō)的代表人物是托勒玫，日心說(shuō)的代表人物是哥白尼

D.地心說(shuō)和日心說(shuō)都是正確的，兩者具有等同的價(jià)值【答案】C【解析】日心說(shuō)，也稱為地動(dòng)說(shuō)，是關(guān)于天體運(yùn)動(dòng)的和地心說(shuō)相立的學(xué)說(shuō)，它認(rèn)為太陽(yáng)是銀河系的中心，而不是地球；哥白尼提出了日心說(shuō)，認(rèn)為太陽(yáng)是銀河系的中心，而不是地球?！叭招恼f(shuō)”最終戰(zhàn)勝“地心說(shuō)”。地心說(shuō)認(rèn)為，地球處于宇宙中心靜止不動(dòng)，從地球向外，依次有月球、水星、金星、太陽(yáng)、火星、木星和土星，在各自的圓軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。其中，行星的運(yùn)動(dòng)要比太陽(yáng)、月球復(fù)雜些：行星在本輪上運(yùn)動(dòng)，而本輪又沿均輪繞地運(yùn)行．在太陽(yáng)、月球行星之外，是鑲嵌著所有恒星的天球--恒星天，C符合題意。故答案為：C2、人類在探索自然的過(guò)程中，形成了許多對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的“假說(shuō)”，下列證據(jù)能支持相應(yīng)“假說(shuō)”的是(

)A.氣球膨脹時(shí)，球面各點(diǎn)彼此遠(yuǎn)離——宇宙膨脹學(xué)說(shuō)

B.尺蛾群體中不同個(gè)體數(shù)量變化——自然選擇學(xué)說(shuō)

C.長(zhǎng)江三角洲平原的形成——板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)

D.地球有晝夜更替的現(xiàn)象——地球是個(gè)球體【答案】B【解析】A、氣球膨脹，球面各點(diǎn)遠(yuǎn)離，屬于模擬實(shí)驗(yàn)，不能作為證據(jù)；故A錯(cuò)誤；

B、生物群體不同性狀個(gè)體數(shù)量的變化是選擇的結(jié)果，支持自然選擇學(xué)說(shuō)；故B正確；

C、長(zhǎng)江三角洲平原的形成是流水的作用，與板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)沒有關(guān)系；故C錯(cuò)誤；

D、地球晝夜更替是地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致的，與地球形狀無(wú)關(guān)；故D錯(cuò)誤；故答案為：B。3、我們利用氣球做了星系運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的模擬實(shí)驗(yàn)(如圖)，下列對(duì)該實(shí)驗(yàn)的描述中，錯(cuò)誤的是（

）A.

在氣球表面畫上的這些小圓，是模擬宇宙中的星系

B.

給氣球充氣，使氣球不斷地脹大，是模擬宇宙的膨脹

C.

氣球脹大過(guò)程中各圓點(diǎn)間的距離變化模擬星系運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)

D.

氣球脹大時(shí)，對(duì)甲圓點(diǎn)而言，乙圓點(diǎn)的遠(yuǎn)離速度比丙更快【答案】D【解析】A、用氣球來(lái)模擬星系運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，小圓代表了不同的星系；故A正確；

B、氣球不斷的脹大，星系之間越來(lái)越遠(yuǎn)，模擬宇宙的膨脹；故B正確；

C、氣球不斷的膨脹過(guò)程中，圓點(diǎn)之間的距離，代表了星系之間的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)；故C正確；

D、氣球膨脹時(shí)，距離越遠(yuǎn)的星系之間遠(yuǎn)離速度越快，所以對(duì)甲圓點(diǎn)而言，丙圓點(diǎn)遠(yuǎn)離速度比乙快；故D錯(cuò)誤；故答案為：D。4、下列關(guān)于大爆炸宇宙論的說(shuō)法正確的是（

）A.大爆炸宇宙論是科學(xué)家通過(guò)科學(xué)觀察和研究得出的一個(gè)科學(xué)結(jié)論

B.大爆炸宇宙論是科學(xué)家通過(guò)科學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)的一些自然現(xiàn)象所建立的假說(shuō)

C.因?yàn)橛钪嬖诓粩嗯蛎浀氖聦?shí)為大爆炸宇宙論提供了有力的證據(jù)，所以大爆炸宇宙論已經(jīng)說(shuō)明了宇宙起源的事實(shí)

D.大爆炸宇宙論和牛頓第一定律一樣是科學(xué)定律【答案】B

【解答】AB、大爆炸理論是科學(xué)家根據(jù)觀察得出的一種假說(shuō)，沒有被證實(shí)；故A錯(cuò)誤；B正確；

C、大爆炸理論只是多種宇宙起源中比較有影響力的一種假說(shuō)，并不是事實(shí)；故C錯(cuò)誤；

D、大爆炸理論是假說(shuō)不是定律；故D錯(cuò)誤；

故答案為：B。5、大爆炸宇宙論已經(jīng)被大多數(shù)科學(xué)家所接受。如圖為大爆炸宇宙模型中宇宙半徑、宇宙溫度與時(shí)間之間的關(guān)系，下列相關(guān)說(shuō)法合理的是（

）A.宇宙由太陽(yáng)系和銀河系構(gòu)成西半徑

B.大爆炸宇宙論是一個(gè)科學(xué)結(jié)論

C.隨著宇宙半徑的增大，宇宙溫度在升高

D.此模型表示宇宙在不斷膨脹【答案】D【解析】A、銀河系很大，但在整個(gè)宇宙中，銀河系也是微不足道的，故說(shuō)法錯(cuò)誤。

B、宇宙的膨脹有觀測(cè)事實(shí)的支持，又得到眾多科學(xué)家的理論闡釋，因此，大爆炸宇宙論已成為目前被人們廣為接受的一種宇宙起源學(xué)說(shuō)，故說(shuō)法錯(cuò)誤。

C、由圖分析可知，隨著宇宙半徑的增大，宇宙溫度在逐漸降低，故說(shuō)法錯(cuò)誤。

D、此模型中宇宙半徑在不斷增加，可以說(shuō)明宇宙在不斷膨脹，故說(shuō)法正確。

故答案為：D6、在下圖中，能正確反映太陽(yáng)系、銀河系、宇宙三者之間大小關(guān)系的是（）【答案】D【解析】太陽(yáng)系、銀河系、宇宙三者之間大小關(guān)系是宇宙最大，銀河系較大，太陽(yáng)系最小。7、如圖是我們熟悉的北斗七星10萬(wàn)年前、現(xiàn)在、10萬(wàn)年后的演變圖，看了演變圖后，給我們的啟示是（）A.它們離地球太遠(yuǎn)B.它們是會(huì)運(yùn)動(dòng)的行星C.恒星也在運(yùn)動(dòng)D.變成小熊星座了【答案】C【解析】北斗七星中各星位置發(fā)生改變，說(shuō)明恒星其實(shí)也在運(yùn)動(dòng)，并不是永恒不動(dòng)的。二、選擇題8、氣球常用作科學(xué)活動(dòng)材料。以下是小科用氣球完成的兩個(gè)活動(dòng)。（1）懸掛在O點(diǎn)的兩個(gè)帶電氣球，靜止時(shí)位置如圖甲所示，若左邊大氣球表面帶正電荷，則右邊小氣球表面帶電荷。（2）圖乙是用氣球充氣建立的星系運(yùn)動(dòng)模型，能幫助我們理解星系運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去，離我們?cè)竭h(yuǎn)，它的退行速度越快；星系間的距離在不斷地?cái)U(kuò)大。由此可知宇宙在不斷地?！敬鸢浮浚?）正（2）膨脹【解析】（1）由甲圖中兩氣球相互排斥可知，兩氣球帶同種電荷，已知大氣球表面帶正電荷，所以右邊小氣球表面也帶正電荷；

（2）用氣球建立星系模型，觀察氣球上的不同的點(diǎn)，當(dāng)氣球膨脹時(shí)氣球上的點(diǎn)之間的距離會(huì)增大。氣球表示宇宙，點(diǎn)可表示不同的星系。由題中信息“所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去，離我們?cè)竭h(yuǎn)，它的退行速度越快；星系間的距離在不斷地?cái)U(kuò)大”，就像氣球在膨脹一樣，宇宙在不斷地膨脹。9、讀“宇宙中天體系統(tǒng)層次示意圖”(如圖)，回答下列各題。(1)寫出上圖中字母代表的天體系統(tǒng)名稱。A.；B.；C.；D.。(2)B、C、D三者的關(guān)系是圖中的（）【答案】（1）A.總星系；B.銀河系；C.太陽(yáng)系；D.地月系。（2）A【解析】圖中顯示出了天體系統(tǒng)的層次，人類目前觀測(cè)到的最遠(yuǎn)天體距離地球約130億光年。10、史蒂芬?霍金的宇宙無(wú)邊界設(shè)想是現(xiàn)代宇宙學(xué)的重要基石之一，這種設(shè)想的主要內(nèi)容是：第一，宇宙是，它沒有“外面”；第二，宇宙不是可以任意賦予設(shè)想初始條件和邊界的一般系統(tǒng)?；艚痤A(yù)言宇宙有兩種結(jié)局：一是它可以；二是它會(huì)塌縮而在終結(jié)。【答案】無(wú)邊的；永遠(yuǎn)膨脹下去；大擠壓處

【解答】在霍金的宇宙無(wú)邊界理論中認(rèn)為宇宙是沒有邊界的；而這種宇宙的結(jié)局一是無(wú)限制的膨脹下去，二是塌縮在大擠壓處成為黑洞；

故答案為：無(wú)邊的；永遠(yuǎn)膨脹下去；大擠壓處。11、關(guān)于下列話題。屬于神話的有：；屬于科學(xué)假說(shuō)的有：；屬于科學(xué)理論的有：。①女媧補(bǔ)天；②宇宙黑洞；③質(zhì)量守恒定律；④牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律；⑤上帝造物；⑥大陸漂移學(xué)說(shuō)；⑦能的轉(zhuǎn)化與守恒定律；⑧大熊星座；⑨宇宙大爆炸論；⑩阿基米德原理。【答案】①⑤；②④⑥⑧⑨；③⑦⑩【解析】①女媧補(bǔ)天，中國(guó)神話；②宇宙黑洞，霍金的科學(xué)假說(shuō)；③質(zhì)量守恒定律，科學(xué)家羅蒙諾索夫的科學(xué)理論；④牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律，是根據(jù)科學(xué)推理得出的，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，但不是完全通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的；⑤上帝造物，西方人的神話；⑥大陸漂移學(xué)說(shuō)，科學(xué)假說(shuō)；⑦能的轉(zhuǎn)化與守恒定律科學(xué)理論；⑧大熊星座，科學(xué)假說(shuō)；⑨宇宙大爆炸論，由哈勃測(cè)量數(shù)據(jù)分析得出的科學(xué)假說(shuō)；⑩阿基米德原理，科學(xué)理論。故屬于神話的是①⑤，屬于科學(xué)假說(shuō)的是②④⑥⑧⑨，屬于科學(xué)理論的是③⑦⑩。12、模型法指通過(guò)模型來(lái)研究原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法簡(jiǎn)稱，依據(jù)模型的種類可以分對(duì)象模型、過(guò)程模型、理想化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、模擬式模型等類型。在科學(xué)教材中我們接觸過(guò)這些模型，例如盧瑟福原子有核模型、勻速直線運(yùn)動(dòng)模型、磁感線模型等。如圖是伽利略對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的研究示意圖，他的這種方法屬于上述模型中的模型。人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)也有一個(gè)建立模型的過(guò)程——從亞里士多德—托勒密的地心說(shuō)到哥白尼—伽利略的日心說(shuō)的演化……直至1948年（選填“伽莫夫”或“霍金”）提出熱大爆炸模型，宇宙演化的觀念才慢慢地進(jìn)入人類的意識(shí)?！敬鸢浮坷硐牖瘜?shí)驗(yàn)；伽莫夫【解析】伽利略對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加推理的方法得出的，所以他的這種方法屬于理想化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；人類?duì)宇宙的認(rèn)識(shí)也有一個(gè)建立模型的過(guò)程——從亞里士多德—托勒密的地心說(shuō)到哥白尼—伽利略的日心說(shuō)的演化……直至1948年伽莫夫提出熱大爆炸模型，宇宙演化的觀念才慢慢地進(jìn)入人類的意識(shí)。三、實(shí)驗(yàn)探究題13、為研究植被對(duì)保持水土的影響，某興趣小組同學(xué)打算利用如圖裝置進(jìn)行研究，請(qǐng)你幫助他們完成探究。并將表中有關(guān)內(nèi)容補(bǔ)充完整。猜想方案支持猜想的現(xiàn)象植被能保持水土把泥土在玻璃箱子內(nèi)堆成兩個(gè)坡度約為30°的坡面，在低處安上引水溝，在其中的一個(gè)坡上種上草皮，另一個(gè)坡不作處理，，分別觀察引水溝中的匯水量和泥沙量?！敬鸢浮恳韵嗤乃俣染鶆虻貫⒌攘康乃环N上草皮的土坡，流到引水溝內(nèi)的水和泥沙量比沒有種草皮的少【解析】猜想是植被可能會(huì)保持水土，那么就要做一個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，其中的一個(gè)坡上種上草皮，另一個(gè)坡不作處理，然后以相同的速度均勻地灑等量的水，觀察引水溝中的匯水量和泥沙量。如果種上草皮的土坡，流到引水溝內(nèi)的水和泥沙量比沒有種草皮的少，說(shuō)明植被能保持水土。

故答案為：以相同的速度均勻地灑等量的水；種上草皮的土坡，流到引水溝內(nèi)的水和泥沙量比沒有種草皮的少。14、氣球可以用來(lái)完成很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)回答（1）把氣球吹成球形后：用沾有墨汁的毛筆在氣球表面均勻地要畫上小圓點(diǎn)，再把氣球吹至排球大小，發(fā)現(xiàn)黑點(diǎn)之間的距離增大，如圖甲所示。該實(shí)驗(yàn)可以模擬宇宙的。（2）在吹氣球時(shí)，吹大了的氣球沒握住，它會(huì)飛跑了：如圖乙所示、若及時(shí)撿起氣球會(huì)發(fā)現(xiàn)它的嘴部溫度變低了，當(dāng)球內(nèi)位氣體噴出來(lái)時(shí)，發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化情況與汽油機(jī)沖程中能量轉(zhuǎn)化情況一致。乙（3）用細(xì)線把兩氣球懸掛在木桿上，使兩個(gè)氣球的高度一致，相距約30cm，如圖丙所示。兩個(gè)氣球靜止時(shí)，用嘴向兩氣球中間吹氣，會(huì)發(fā)現(xiàn)兩氣球會(huì)相互靠近。這個(gè)現(xiàn)象可以用科學(xué)知識(shí)來(lái)解釋。