宇宙的起源和演化 学案

4/4宇宙的起源和演化【学习目标】1．了解宇宙大爆炸理论的概念、过程和阶段特征。2．了解宇宙大爆炸理论对天文现象的解释，以及与后续星系、恒星演化的关联。3．初步学会用发展变化的眼光看待我们的宇宙和宇宙演化的过程与现象。4．初步形成科学宇宙观，认识到宇宙大爆炸理论是随着科学的发展和人类对宇宙认识的不断深入而发展和完善的。【学习重难点】1．感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法。2．初步学会用发展变化的眼光看待我们的宇宙和宇宙演化的过程与现象。【学习过程】一、学习指南在日常生活中，除_______外，与物体质量相关的引力没有任何明显的效果。在_______领域，引力更是完全可以忽略。但是在宇宙范围内，由于星体的质量巨大，____________就十分明显，而必须用广义相对论加以研究。实际的观测和理论研究（结合关于微观粒子的理论）已经产生了一些惊人的成果，其中之一是宇宙演化的膨胀理论，即___________________。（一）宇宙的起源20世纪20年代，天文观测已发现远处的许多星系正在离开我们向远处退行，而且越远的星系退行的速率越______。这一结果使得天文学家推论出宇宙是在_______的。20世纪40年代末，物理学家_______把宇宙膨胀与粒子反应理论结合起来，提出________________假说。后来，许多科学家通过理论分析及计算把这一思想具体化，描绘了大爆炸以后宇宙发展的概况。这一发展的梗概如下：（1）宇宙起始于一次大爆炸（如图），那时它的温度极_______，密度极_______，时间从此开始，空间从此扩大。（2）时，宇宙的密度是，温度是。宇宙是_______。（3）时，宇宙发生一次暴涨，直径在内膨胀了倍，温度降到。宇宙中出现了各种各样的_______，包括_______，它们不断通过相互作用而相互转化。（4）时，温度降到，出现了_______、_______。（5）1min时，温度为，_______和_______结合成氢核。（6）约100万年时，温度降到3000K，开始出现各种_______。存留的光子不再和粒子相互转化而在宇宙中到处游逛，使宇宙成为_______。（7）约10亿年时，开始形成_______和_______。（8）约100亿年时，出现我们的_______系、太阳和行星。（9）约120亿年时，_______上出现了生命。（10）约137亿年时出现了人类，百万年后出现了现代文明。宇宙温度降到了约____。（11）至今宇宙的年龄估计为137亿年。膨胀速率按最大速率光速计，现今宇宙的“直径”约为_______光年，即约为。上述理论已经得到了一些实际观测的证实。除了远处星体的退行外，最有说服力的证据是______________的发现。____________就是在大爆炸后约100万年时存留到今天的热辐射。1964年，科学家果然发现了这种存在于太空中的辐射。1989年发射的专用卫星更精确地测得了这种辐射。测得____________温度为2.735K，与理论符合得相当完美。（二）宇宙的未来天文学家们已发现，至少在现阶段，宇宙总体上还是在____________。宇宙的未来：永远_______下去或者会_______而在大挤压处终结。二、理解与应用1．你听说过白矮星、中子星、黑洞这些名词吗？请查阅资料，了解并简单说明宇宙演化和典型的恒星演化过程。2．阅读相关科普读物或观看有关宇宙起源的科教片，了解宇宙的演化与发展。3．太阳作为主序星的寿命可达100亿年，现在虽“年过半百”，但仍属于壮年期，50亿年后太阳将面临什么样的命运？届时地球上智慧生命若还存在，又该向何处去寻觅重建家园？4．中子星是完全由中子组成的星体，具有极大的密度。通过观察已知某中子星的自转角速度为60πrad/s，该中子星并没有因为自转而解体，根据这些推导出中子星的密度表达式，并计算其值为多少。5．1997年8月26日在日本举行的国际学术大会上，德国MaxPlanck协会的一个研究组宣布了他们的研究结果：银河系的中心可能存在一个大“黑洞”。“黑洞”是某些天体的最后演变结果。（引力常量）（1）根据长期观测发现，距离某“黑洞”的另一个星体（设其质量为m）正以的速度绕“黑洞”旋转，求该“黑洞”的质量M？（结果要求1位有效数字）（2）根据天体物理学知识，物体从某天体上的逃逸速度公式为，其中G为引力常量，M为天体质量，R为天体半径，且已知逃逸速度大于真空中光速的天体叫“黑洞”，真空中光速，请估算（1）中“黑洞”可能的最大半径？（结果保留1位有效数字）【达标检测】1．天文学上“光年”是（）A．速度单位 B．长度单位C．时间单位 D．能量单位2．科学家通过探索，发现星系正在远离我们而去，科学家的依据是（）A．测量到星系到地球的距离在变大B．观察到星系正在离开地球运动C．根据测到的星系光谱的波长在逐渐变大D．科学家们自己的理解和设想3．关于宇宙大爆炸，下列说法中正确的是（）A．宇宙起源于一个比较稳定的“原始火球”B．“原始火球”的爆炸是整体的，涉及宇宙的全部物质及时间、空间C．“原始火球”的爆炸导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应升高D．大爆炸宇宙模型认为，“原始火球”的密度无限大，但温度不是很高4．下列关于太阳系的说法正确的是()A．太阳是宇宙的中心B．太阳系中只存在太阳和它的八大行星C．太阳系是由太阳和若干行星以及它们的卫星和彗星组成的D．以上说法均不正确5．小明一次在科幻小说中读到这样一段话，你认