宇宙的起源和演化 學案

4/4宇宙的起源和演化【學習目標】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、恒星演化的關聯(lián)。3．初步學會用發(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．初步形成科學宇宙觀，認識到宇宙大爆炸理論是隨著科學的發(fā)展和人類對宇宙認識的不斷深入而發(fā)展和完善的。【學習重難點】1．感知人類（科學家）探究宇宙奧秘的過程和方法。2．初步學會用發(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?！緦W習過程】一、學習指南在日常生活中，除_______外，與物體質(zhì)量相關的引力沒有任何明顯的效果。在_______領域，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，____________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___________________。（一）宇宙的起源20世紀20年代，天文觀測已發(fā)現(xiàn)遠處的許多星系正在離開我們向遠處退行，而且越遠的星系退行的速率越______。這一結(jié)果使得天文學家推論出宇宙是在_______的。20世紀40年代末，物理學家_______把宇宙膨脹與粒子反應理論結(jié)合起來，提出________________假說。后來，許多科學家通過理論分析及計算把這一思想具體化，描繪了大爆炸以后宇宙發(fā)展的概況。這一發(fā)展的梗概如下：（1）宇宙起始于一次大爆炸（如圖），那時它的溫度極_______，密度極_______，時間從此開始，空間從此擴大。（2）時，宇宙的密度是，溫度是。宇宙是_______。（3）時，宇宙發(fā)生一次暴漲，直徑在內(nèi)膨脹了倍，溫度降到。宇宙中出現(xiàn)了各種各樣的_______，包括_______，它們不斷通過相互作用而相互轉(zhuǎn)化。（4）時，溫度降到，出現(xiàn)了_______、_______。（5）1min時，溫度為，_______和_______結(jié)合成氫核。（6）約100萬年時，溫度降到3000K，開始出現(xiàn)各種_______。存留的光子不再和粒子相互轉(zhuǎn)化而在宇宙中到處游逛，使宇宙成為_______。（7）約10億年時，開始形成_______和_______。（8）約100億年時，出現(xiàn)我們的_______系、太陽和行星。（9）約120億年時，_______上出現(xiàn)了生命。（10）約137億年時出現(xiàn)了人類，百萬年后出現(xiàn)了現(xiàn)代文明。宇宙溫度降到了約____。（11）至今宇宙的年齡估計為137億年。膨脹速率按最大速率光速計，現(xiàn)今宇宙的“直徑”約為_______光年，即約為。上述理論已經(jīng)得到了一些實際觀測的證實。除了遠處星體的退行外，最有說服力的證據(jù)是______________的發(fā)現(xiàn)。____________就是在大爆炸后約100萬年時存留到今天的熱輻射。1964年，科學家果然發(fā)現(xiàn)了這種存在于太空中的輻射。1989年發(fā)射的專用衛(wèi)星更精確地測得了這種輻射。測得____________溫度為2.735K，與理論符合得相當完美。（二）宇宙的未來天文學家們已發(fā)現(xiàn)，至少在現(xiàn)階段，宇宙總體上還是在____________。宇宙的未來：永遠_______下去或者會_______而在大擠壓處終結(jié)。二、理解與應用1．你聽說過白矮星、中子星、黑洞這些名詞嗎？請查閱資料，了解并簡單說明宇宙演化和典型的恒星演化過程。2．閱讀相關科普讀物或觀看有關宇宙起源的科教片，了解宇宙的演化與發(fā)展。3．太陽作為主序星的壽命可達100億年，現(xiàn)在雖“年過半百”，但仍屬于壯年期，50億年后太陽將面臨什么樣的命運？屆時地球上智慧生命若還存在，又該向何處去尋覓重建家園？4．中子星是完全由中子組成的星體，具有極大的密度。通過觀察已知某中子星的自轉(zhuǎn)角速度為60πrad/s，該中子星并沒有因為自轉(zhuǎn)而解體，根據(jù)這些推導出中子星的密度表達式，并計算其值為多少。5．1997年8月26日在日本舉行的國際學術大會上，德國MaxPlanck協(xié)會的一個研究組宣布了他們的研究結(jié)果：銀河系的中心可能存在一個大“黑洞”?！昂诙础笔悄承┨祗w的最后演變結(jié)果。（引力常量）（1）根據(jù)長期觀測發(fā)現(xiàn)，距離某“黑洞”的另一個星體（設其質(zhì)量為m）正以的速度繞“黑洞”旋轉(zhuǎn)，求該“黑洞”的質(zhì)量M？（結(jié)果要求1位有效數(shù)字）（2）根據(jù)天體物理學知識，物體從某天體上的逃逸速度公式為，其中G為引力常量，M為天體質(zhì)量，R為天體半徑，且已知逃逸速度大于真空中光速的天體叫“黑洞”，真空中光速，請估算（1）中“黑洞”可能的最大半徑？（結(jié)果保留1位有效數(shù)字）【達標檢測】1．天文學上“光年”是（）A．速度單位 B．長度單位C．時間單位 D．能量單位2．科學家通過探索，發(fā)現(xiàn)星系正在遠離我們而去，科學家的依據(jù)是（）A．測量到星系到地球的距離在變大B．觀察到星系正在離開地球運動C．根據(jù)測到的星系光譜的波長在逐漸變大D．科學家們自己的理解和設想3．關于宇宙大爆炸，下列說法中正確的是（）A．宇宙起源于一個比較穩(wěn)定的“原始火球”B．“原始火球”的爆炸是整體的，涉及宇宙的全部物質(zhì)及時間、空間C．“原始火球”的爆炸導致宇宙空間處處膨脹，溫度則相應升高D．大爆炸宇宙模型認為，“原始火球”的密度無限大，但溫度不是很高4．下列關于太陽系的說法正確的是()A．太陽是宇宙的中心B．太陽系中只存在太陽和它的八大行星C．太陽系是由太陽和若干行星以及它們的衛(wèi)星和彗星組成的D．以上說法均不正確5．小明一次在科幻小說中讀到這樣一段話，你認