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(cè)天體物體多樣性低速宏觀弱引力場(chǎng)知識(shí)回顧熱身訓(xùn)練1．關(guān)于相對(duì)論時(shí)空觀與牛頓力學(xué)的局限性，下列說法中正確的是（）A．相對(duì)論和量子力學(xué)更加深入地研究運(yùn)動(dòng)規(guī)律，徹底否認(rèn)了經(jīng)典力學(xué)B．相對(duì)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(guó)空間站天和核心艙的高速發(fā)射D．經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論及量子力學(xué)在一定條件下的特例【答案】D【解析】A．相對(duì)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(cuò)誤；B．根據(jù)狹義相對(duì)論的光速不變?cè)恚婵罩泄馑僭诓煌膽T性參考系中是相同的，故B錯(cuò)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(dòng)的物體，低速和高速的標(biāo)準(zhǔn)是相對(duì)于光速，可判定牛頓定律適用于研究中國(guó)空間站天和核心艙的高速發(fā)射，故C錯(cuò)誤；D．經(jīng)典力學(xué)是相對(duì)論及量子力學(xué)在一定條件下的特例，它包含于相對(duì)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(duì)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(huì)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(shí)到宇宙大爆炸理論是隨著科學(xué)的發(fā)展和人類對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)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(guó)際合作組織在全球六地同步召開新聞發(fā)布會(huì)，宣布他們已經(jīng)捕獲了首張黑洞照片。教學(xué)導(dǎo)入知識(shí)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(dòng)的，太陽(yáng)、月球和其它行星都圍繞地球運(yùn)動(dòng)。太陽(yáng)是宇宙的中心，地球、月球和其它行星都圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，并且自轉(zhuǎn)著?！叭招恼f”：

1917年,愛因斯坦將廣義相對(duì)論應(yīng)用到整個(gè)宇宙,建立了現(xiàn)代宇宙學(xué)的第一個(gè)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(shí)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?cè)竭h(yuǎn)，運(yùn)動(dòng)的退行速度越快；星系間的距離在不斷地?cái)U(kuò)大。知識(shí)點(diǎn)三：宇宙的起源如果某個(gè)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(gè)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(shí)，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(shí)空彎曲就十分明顯，而必須用廣義相對(duì)論加以研究。實(shí)際的觀測(cè)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(cè)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(shí)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(duì)立的理論：其中一種理論是由英國(guó)天文學(xué)家邦迪、戈?duì)柕潞突粢翣柕热颂岢龅姆€(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(huì)不斷產(chǎn)生，使宇宙總密度不變，從而令宇宙在任何時(shí)候看上去都基本不變化。另一種理論是由比利時(shí)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(cè)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(guó)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(cè)量時(shí)，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(gè)體積無限小、密度無限大、溫度無限高、時(shí)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(yáng)系大約形成于46億年前。1980年，美國(guó)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(shí)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(cè)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(jiǎng)。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(shí)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(jiǎng)。2016年激光干涉引力波天文臺(tái)科學(xué)合作組織宣布探測(cè)到引力波，更是打開了宇宙研究的新窗口。2017年，中國(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)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(cè)資料。宇宙學(xué)家探測(cè)到一個(gè)黑洞在慢慢吞噬一顆可憐的恒星2015年12月我國(guó)成功發(fā)射暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”（合成圖）2016年我國(guó)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(guó)“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(cè)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(shí)，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(yáng)能夠發(fā)光、放熱，主要是因?yàn)樘?yáng)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(yáng)處在其中的一個(gè)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(shí)，就意味著這顆恒星處于死亡期了，A錯(cuò)誤；B．恒星的壽命取決于質(zhì)量，B錯(cuò)誤；C．太陽(yáng)能夠發(fā)光、放熱，主要是因?yàn)樘?yáng)內(nèi)部不斷發(fā)生核反應(yīng)，C錯(cuò)誤；D．銀河系是一種旋渦星系，太陽(yáng)處在其中的一個(gè)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(yáng)系中內(nèi)行星都沒有堅(jiān)硬的外殼，外行星都有堅(jiān)硬的外殼B．太陽(yáng)系中距離太陽(yáng)越近的行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)速度越大C．銀河系是一種漩渦狀的星系，太陽(yáng)系就位于漩渦的中心D．宇宙中恒星都是不動(dòng)的星球，行星都是繞著恒星運(yùn)動(dòng)的【答案】B【詳解】A．內(nèi)行星都是有堅(jiān)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(cuò)誤；B．由太陽(yáng)的萬有引力提供向心力

得所以太陽(yáng)系中距離太陽(yáng)越近的行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)速度越大，故B正確；C．太陽(yáng)系繞銀河系中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，銀河系是一種漩渦狀的系星，太陽(yáng)系不位于漩渦的中心，故C錯(cuò)誤；D．自然界中一切物體都在運(yùn)動(dòng)，宇宙中恒星都是運(yùn)動(dòng)的星球，故D錯(cuò)誤。故選B。4．下列關(guān)于宇宙的說法錯(cuò)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(gè)時(shí)間單位，表示一年的時(shí)間D．銀河系是一種旋渦狀星系，太陽(yáng)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(zhǎng)度單位，故C錯(cuò)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(yáng)是銀河系中的一顆恒星，故D正確；本題選擇錯(cuò)誤的，故選C。5．下列關(guān)于宇宙的敘述正確的是（）A．太陽(yáng)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(dòng)的星球，行星都是繞著恒星運(yùn)動(dòng)的D．銀河系是一種旋渦狀星系，太陽(yáng)系就位于旋渦的中心【答案】B【詳解】A．太陽(yáng)的質(zhì)