6.6   行星、恒星、星系和宇宙【教學(xué)目標(biāo)】1、了解行星、恒星和星系等概念,知道宇宙的幾個主要天體層次。2、了解宇宙大爆炸理論。【重點難點】1、宇宙中的主要天體層次。2、宇宙大爆炸理論。3、掌握解信息題的方法。【教學(xué)方法】 講授法與引導(dǎo)探索法【教學(xué)用具】  【教學(xué)過程】引入新課宇宙中存在著大小不一,各種各樣的天體,人們在探索宇宙奧秘的過程中碰到了各種各樣的問題。如,天體究竟有多少?宇宙有多大?宇宙是怎樣發(fā)生、演化和發(fā)展的?等等,這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)天體、宇宙的知識。一、行星和恒星1、恒星:像太陽一樣,由熾熱氣體組成,能自己發(fā)熱發(fā)光的近似球體的天體叫恒星。古人認(rèn)識恒星是靜止不動的,所以稱為星,其實恒星也是在運動的,如太陽以2.46×108年的周期,繞銀河系中心轉(zhuǎn)動。恒星一般質(zhì)量很大,具有強大的吸引力,能吸引較小的天體繞它運動。2、行星:沿橢圓軌道繞恒星運轉(zhuǎn)的天體。如地球、火星等。行星表面溫度較低,本身不發(fā)光,銀河系中大約有10%的恒星可能有自己的行星系統(tǒng),在其他星系中,是否有類似地球,存在地外生命的行星呢?這是一個十分誘人的問題。3、衛(wèi)星:繞行星轉(zhuǎn)動的星體。如地球的衛(wèi)星——月亮,木星的衛(wèi)星——4伽利略衛(wèi)星等。4、太陽系:太陽與地球等九大行星構(gòu)成太陽系,太陽系中只有太陽一顆恒星,而太陽系外卻有無數(shù)顆恒星,其實恒星才是宇宙中主要的天體。夜晚,我們看到天空中的點點繁星,除了5顆行星外,都是像太陽一樣的恒星。銀河系中大約有1011顆像太陽一樣的恒星,銀河系中有1022顆。二、星系和宇宙1、星系:最簡單的恒星系統(tǒng)是兩顆互相繞轉(zhuǎn)的雙星,當(dāng)在一起繞轉(zhuǎn)的恒星數(shù)目超過10顆時,稱為星團(tuán)。無數(shù)的恒星、雙星星團(tuán)組成更高層次的系統(tǒng)——星系。目前已觀測到的星系有10億個,銀河系是其中之一,銀河系以外的其他星系統(tǒng)稱為河外星系。肉眼能見到的最近的河外星系是距銀河系16.9萬光年的大麥哲倫星系。2、星系團(tuán)、超星系團(tuán):星系也像恒星一樣的相互聚集,組成更高層次的系統(tǒng)——星系團(tuán),超星系團(tuán)。目前已觀測到的星系團(tuán)有2700個,離我們最近的星系團(tuán)是處女座星系團(tuán),約6000萬光年。3、宇宙:由小到大,不同層次的天體世界組成宇宙。1)宇宙的尺度(參照課本各種天體層次表在探索宇宙奧秘中,有兩個有趣的問題:一是宇宙如果是無限的,天空中有無數(shù)顆恒星,為什么還有晝夜之分?二是宇宙是有限的,那么宇宙的中心在哪里?同學(xué)們可以通過課外查閱資料去研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,我們的宇宙視野不斷擴大,宇宙是無限的,沒有邊緣和形狀,也沒有中心。2)宇宙大爆炸理論大約在200億年前,宇宙是由一個密度極大,溫度極高的原始火球爆炸而產(chǎn)生的。以后,宇宙不斷膨脹,溫度越來越低,才開始有了簡單的元素,逐漸形成星系、微生物、生命等?,F(xiàn)代觀測表明,除了銀河系附近的幾個星系之外,幾乎所有的星系都在遠(yuǎn)離銀河系,而且遠(yuǎn)離的速度與距離成正比。這說明宇宙在膨脹。3)宇宙的未來由于萬有引力作用,宇宙中的每個星系都受到其他星系的引力影響,這種引力限制宇宙的膨脹,同時,由于宇宙在不斷膨脹,星系間的引力在不斷減小,因而限制作用也減小,最后的可能性似乎有兩個:引力足夠強,使宇宙膨脹減慢、停止,最后收縮。膨脹加快,由于星系間距離增大,引力不再起主要作用,宇宙一直膨脹下去。宇宙將如何演化下去?還有很多課題有待于探索和研究。【課內(nèi)練習(xí)】【例1】天文觀測表明,幾乎所有遠(yuǎn)處的恒星(或星系)都在以各自的速度背離我們而運動,離我們越遠(yuǎn)的星體,背離我們運動的速度(退行速度)越大,也就是說宇宙在膨脹,不同星體的退行速度v和它們離我們的距離成正比,即υHr,式中H為哈勃常數(shù)。為了解釋上述現(xiàn)象,有人提出一種理論,認(rèn)為宇宙是從一個大爆炸的火球開始形成的,假設(shè)大爆炸后各星體即以不同的  速度向外勻速運動,并設(shè)想我們就位于其中心,則速度越大的星體現(xiàn)在離我們越遠(yuǎn),這一結(jié)果與上述天文觀察一致。由上述理論和觀測結(jié)果可估算宇宙的年齡T,其計算式為T            ,若H3×102m/(s·光年),由此可估算宇宙的年齡為          年。分析:因為大爆炸后各星體勻速地離中心而去,我們?nèi)∽钸h(yuǎn)的星體為研究對象,它勻速運動的時間即為宇宙的年齡,則年。【例2】中子星是由密集的中子組成的星體,具有極大的密度,通過觀察已知某中子星的自轉(zhuǎn)角速度,該中子星并沒有因為自轉(zhuǎn)而解體,根據(jù)這些事實人們可以推知中子星的密度,試寫出中子星的密度最小值的表達(dá)式為            ,計算出該中子星的密度至少為                。(保留二位有效數(shù)字,假設(shè)中子通過萬有引力結(jié)合成球狀晶體)分析:中子剛好沒有因為自轉(zhuǎn)而解體,中子星密度最小,此時,萬有引力提供向心力。     代入數(shù)據(jù)得:【例3】已知物體從地球上的逃逸速度(第二宇宙速度),其中G、MR分別是引力恒量、地球質(zhì)量和半徑。已知,求下列問題:1逃逸速度大于真空中光速的天體叫黑洞,設(shè)某黑洞的質(zhì)量等于太陽的質(zhì)量,求它的可能最大半徑。2目前天文觀測范圍內(nèi),物質(zhì)的平均密度為1027kg/m3,如果認(rèn)為我們的宇宙是這樣一個均勻大球體,其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中速度,因此任何物體都不能脫離宇宙,問宇宙半徑至少多大?分析:把地球上第二宇宙速度的公式應(yīng)用到黑洞上,則式中M、R為黑洞的質(zhì)量和半徑。當(dāng)逃逸速度等于光速時黑洞半徑最大:同理,應(yīng)用到宇宙這個假想的均勻球體上:    代入數(shù)據(jù)得:光年點評:信息題關(guān)鍵是要認(rèn)真閱讀材料,選出有用的信息,用學(xué)過的知識或題中給出的新知識予以解決。【課外作業(yè)】教材P114——2)、3【板書設(shè)計】【教學(xué)隨感】  

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