8-2-宇宙的起源與演化(備課件)高一物理同步備課系列

第七章機(jī)械能守恒定律8.2宇宙的起源與演化滬科版（2020）高中物理必修第二冊天體物體多樣性低速宏觀弱引力場知識回顧熱身訓(xùn)練1．關(guān)于相對論時空觀與牛頓力學(xué)的局限性，下列說法中正確的是（）A．相對論和量子力學(xué)更加深入地研究運(yùn)動規(guī)律，徹底否認(rèn)了經(jīng)典力學(xué)B．相對論認(rèn)為真空中的光速在不同的慣性參考系中是不同的C．牛頓定律不適用于研究中國空間站天和核心艙的高速發(fā)射D．經(jīng)典力學(xué)是相對論及量子力學(xué)在一定條件下的特例【答案】D【解析】A．相對論和量子力學(xué)并沒有否定經(jīng)典力學(xué)，認(rèn)為經(jīng)典力學(xué)是在一定條件下的特殊情形，故A錯誤；B．根據(jù)狹義相對論的光速不變原理，真空中光速在不同的慣性參考系中是相同的，故B錯誤；C．牛頓定律屬于經(jīng)典力學(xué)的研究范疇，適用于宏觀、低速運(yùn)動的物體，低速和高速的標(biāo)準(zhǔn)是相對于光速，可判定牛頓定律適用于研究中國空間站天和核心艙的高速發(fā)射，故C錯誤；D．經(jīng)典力學(xué)是相對論及量子力學(xué)在一定條件下的特例，它包含于相對論和量子力學(xué)中，故D正確。故選D。1．了解宇宙大爆炸理論的概念、過程和階段特征；2．了解宇宙大爆炸理論對天文現(xiàn)象的解釋，以及與后續(xù)星系、恒星演化的關(guān)聯(lián)；3．初步學(xué)會用發(fā)展變化的眼光看待我們的宇宙和宇宙演化的過程與現(xiàn)象；4．促使學(xué)生形成科學(xué)宇宙觀，認(rèn)識到宇宙大爆炸理論是隨著科學(xué)的發(fā)展和人類對宇宙認(rèn)識的不斷深入而發(fā)展和完善的。教學(xué)目標(biāo)人類史上首張黑洞照片發(fā)布2019年4月10日，事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）國際合作組織在全球六地同步召開新聞發(fā)布會，宣布他們已經(jīng)捕獲了首張黑洞照片。教學(xué)導(dǎo)入知識點(diǎn)一：古代宇宙模型“天圓如張蓋，地方如棋局”“蓋天說”：“地心說”：地球是宇宙的中心，它是靜止不動的，太陽、月球和其它行星都圍繞地球運(yùn)動。太陽是宇宙的中心，地球、月球和其它行星都圍繞太陽公轉(zhuǎn)，并且自轉(zhuǎn)著?！叭招恼f”：

1917年,愛因斯坦將廣義相對論應(yīng)用到整個宇宙,建立了現(xiàn)代宇宙學(xué)的第一個宇宙模型:由彎曲空間構(gòu)成,沒有邊界、沒有中心,但在整體上是有限的、靜態(tài)的宇宙.知識點(diǎn)二：近現(xiàn)代宇宙模型1.哈勃的發(fā)現(xiàn)：所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去。星系離我們越遠(yuǎn)，運(yùn)動的退行速度越快；星系間的距離在不斷地擴(kuò)大。知識點(diǎn)三：宇宙的起源如果某個點(diǎn)上有一只無知的細(xì)菌，看到所有的點(diǎn)離他而去，能說明它處在中心位置嗎？討論交流討論交流如果你是某個點(diǎn)上的聰明的細(xì)菌，當(dāng)看到所有的點(diǎn)和你的距離變大時，你能得出什么結(jié)論？在日常生活中，除重力外，與物體質(zhì)量相關(guān)的引力沒有任何明顯的效果。在微觀領(lǐng)域，引力更是完全可以忽略。但是在宇宙范圍內(nèi)，由于星體的質(zhì)量巨大，時空彎曲就十分明顯，而必須用廣義相對論加以研究。實際的觀測和理論研究（結(jié)合關(guān)于微觀粒子的理論）已經(jīng)產(chǎn)生了一些驚人的成果，其中之一是宇宙演化的膨脹理論，即宇宙大爆炸理論。20世紀(jì)20年代，天文觀測已發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處的許多星系正在離開我們向遠(yuǎn)處退行，而且越遠(yuǎn)的星系退行的速率越大。這一結(jié)果使得天文學(xué)家推論出宇宙是在膨脹著的。知識點(diǎn)四：宇宙大爆炸

20世紀(jì)40年代末，物理學(xué)家伽莫夫（如圖）把宇宙膨脹與粒子反應(yīng)理論結(jié)合起來，提出宇宙大爆炸假說。第二次世界大戰(zhàn)以后，宇宙膨脹的觀點(diǎn)引出了兩種對立的理論：其中一種理論是由英國天文學(xué)家邦迪、戈爾德和霍伊爾等人提出的穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型。穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型假設(shè)，隨著宇宙膨脹，新的物質(zhì)會不斷產(chǎn)生，使宇宙總密度不變，從而令宇宙在任何時候看上去都基本不變化。另一種理論是由比利時科學(xué)家勒梅特提出、美籍蘇聯(lián)科學(xué)家伽莫夫完善的大爆炸理論。隨后的一系列觀測證據(jù)使宇宙學(xué)發(fā)展的天平逐漸向大爆炸理論傾斜。1964年，美國無線電工程師彭齊亞斯和威爾遜在使用微波接收器進(jìn)行測量時，意外地發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射，如圖3所示。這一發(fā)現(xiàn)及其確認(rèn)使絕大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，大爆炸理論是目前描述宇宙起源和演化最好的理論。大爆炸理論認(rèn)為，宇宙起源于約138億年前一個體積無限小、密度無限大、溫度無限高、時空曲率無限大的奇點(diǎn)。如圖所示，宇宙“爆炸”之后不斷膨脹，導(dǎo)致溫度和密度迅速下降。隨著溫度降低，逐步形成電子、質(zhì)子、中子、原子核、原子和分子，并復(fù)合成為氣體、氣體逐漸凝聚成星云，星云進(jìn)一步形成各種各樣的恒星和星系，最終形成我們?nèi)缃袼吹降挠钪?、一般認(rèn)為，我們所居住的太陽系大約形成于46億年前。1980年，美國科學(xué)家固斯進(jìn)一步提出暴脹理論，并指出早期宇宙的空間以指數(shù)倍的形式膨脹，暴脹過程發(fā)生在宇宙大爆炸之后的10-36s至10-32s之間。在暴脹結(jié)束后，宇宙繼續(xù)膨脹，但是膨脹速度則慢得多。知識點(diǎn)五：宇宙學(xué)的新進(jìn)展

20世紀(jì)后半葉至今，宇宙學(xué)研究領(lǐng)域取得了很多驕人的成就。特別是科學(xué)家們觀測到的宇宙微波背景輻射，被譽(yù)為20世紀(jì)60年代的四大發(fā)現(xiàn)之一，該發(fā)現(xiàn)榮獲1978年諾貝爾物理學(xué)獎。此后，天文學(xué)家們把Ia型超新星作為丈量宇宙的尺子，在研究宇宙減速因子時意外發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹，宇宙主要由暗物質(zhì)和暗能量組成，由此展開了宇宙探索的新圖景，該發(fā)現(xiàn)榮獲2011年諾貝爾物理學(xué)獎。2016年激光干涉引力波天文臺科學(xué)合作組織宣布探測到引力波，更是打開了宇宙研究的新窗口。2017年，中國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”獲得高精度的高能電子宇宙線能譜，為暗物質(zhì)研究提供了新的觀測資料。宇宙學(xué)家探測到一個黑洞在慢慢吞噬一顆可憐的恒星2015年12月我國成功發(fā)射暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”（合成圖）2016年我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)史上最亮超新星爆發(fā)（示意圖）2017年，中國“天眼”——世界最大射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了6顆新的脈沖星1．晴朗的夜空繁星閃爍，有的恒星顏色偏紅，有的恒星顏色偏藍(lán)關(guān)于“紅星”和“藍(lán)星”表面的溫度，下列說法正確的是（）A．恒星表面的溫度越高，表面顏色越偏紅，所以“紅星”表面的溫度高B．恒星表面的溫度越高，表面顏色越偏藍(lán)，所以“藍(lán)星”表面的溫度高C．“紅星”和“藍(lán)星”表面的溫度一樣高D．恒星的表面顏色與其表面溫度無關(guān)【答案】B【詳解】恒星的表面顏色取決于它的表面溫度，溫度越低，顏色越偏紅，溫度越高，顏色越偏藍(lán)。當(dāng)堂檢測2．關(guān)于宇宙，下列說法中正確的是（）A．當(dāng)恒星變?yōu)榧t色的巨星或超巨星時，就意味著這顆恒星正處于壯年B．恒星的壽命取決于亮度C．太陽能夠發(fā)光、放熱，主要是因為太陽內(nèi)部不斷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)D．銀河系是一種旋渦星系，太陽處在其中的一個旋臂上【答案】D【詳解】A．當(dāng)恒星變?yōu)榧t色的巨星或超巨星時，就意味著這顆恒星處于死亡期了，A錯誤；B．恒星的壽命取決于質(zhì)量，B錯誤；C．太陽能夠發(fā)光、放熱，主要是因為太陽內(nèi)部不斷發(fā)生核反應(yīng)，C錯誤；D．銀河系是一種旋渦星系，太陽處在其中的一個旋臂上，D正確。故選D。3．下列關(guān)于宇宙及星系的說法中正確的是（）A．太陽系中內(nèi)行星都沒有堅硬的外殼，外行星都有堅硬的外殼B．太陽系中距離太陽越近的行星繞太陽公轉(zhuǎn)速度越大C．銀河系是一種漩渦狀的星系，太陽系就位于漩渦的中心D．宇宙中恒星都是不動的星球，行星都是繞著恒星運(yùn)動的【答案】B【詳解】A．內(nèi)行星都是有堅硬外表的星體，而外行星則是大團(tuán)的氣體外殼及液態(tài)的內(nèi)部，其平均密度遠(yuǎn)不及內(nèi)行星，可謂虛有其表。故A錯誤；B．由太陽的萬有引力提供向心力

得所以太陽系中距離太陽越近的行星繞太陽公轉(zhuǎn)速度越大，故B正確；C．太陽系繞銀河系中心做勻速圓周運(yùn)動，銀河系是一種漩渦狀的系星，太陽系不位于漩渦的中心，故C錯誤；D．自然界中一切物體都在運(yùn)動，宇宙中恒星都是運(yùn)動的星球，故D錯誤。故選B。4．下列關(guān)于宇宙的說法錯誤的是（）A．質(zhì)量大的恒星壽命反而比較短B．恒星的演化分為誕生期、存在期和死亡期C．光年（1.y.）是一個時間單位，表示一年的時間D．銀河系是一種旋渦狀星系，太陽現(xiàn)在正處于其中的一條旋臂上【答案】C【詳解】A．恒星的壽命和它的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大的恒星壽命越短，故A正確；B．恒星的演化分為誕生期、存在期和死亡期，故B正確；C．光在一年中走過的路程是光年，光年是天文學(xué)上常用的長度單位，故C錯誤；D．宇宙是由很多星系組成的，銀河系是一種旋渦狀星系，太陽是銀河系中的一顆恒星，故D正確；本題選擇錯誤的，故選C。5．下列關(guān)于宇宙的敘述正確的是（）A．太陽的半徑，質(zhì)量，密度，體積都比地球大得多B．宇宙中恒星是有壽命的，恒星質(zhì)量越大，壽命越短C．宇宙中恒星都是不動的星球，行星都是繞著恒星運(yùn)動的D．銀河系是一種旋渦狀星系，太陽系就位于旋渦的中心【答案】B【詳解】A．太陽的質(zhì)