课时10.4 浩瀚的宇宙-【帮课堂】2024-2025学年八年级物理下册同步学与练（沪粤版2024）

第十章 从粒子到宇宙 课时10.4 浩瀚的宇宙 2022年课程标准 物理素养 1.3.4 了解物质世界的大致尺寸。 物理观念：宇宙结构与尺度认知：通过太阳系、银河系及宇宙的层次关系，建立对宏观世界物质结构的基本物理观念（如地月系→太阳系→银河系→总星系→宇宙的层级关系）。天体属性理解：认识太阳作为恒星的核心地位（质量、体积的对比），以及地球在太阳系中适宜生命存在的特殊性。 科学思维：模型构建与逻辑推理：通过观察示意图（如宇宙尺度结构图），构建宏观世界的层级模型；结合数据（如太阳体积是地球的130万倍）进行天体属性的逻辑比较。批判性分析与假设：基于行星质量、大气成分等条件，推理太阳系内其他行星是否适合人类生存，并辩证讨论“外星人存在”的可能性。 科学探究：信息处理与问题驱动：通过阅读课本、观察图表（如银河系形状、宇宙层次示意图），提取关键信息（如银河系尺度约10万光年），回答“宇宙到底有多大”等核心问题。实验与数据应用：结合射电望远镜观测数据（如可观测宇宙范围达1.37×10¹⁰光年），分析宇宙尺度的科学依据。 科学态度与责任：探索精神与科学愿景：激发对宇宙奥秘的好奇心，认同人类探索太空的意义。辩证思考与责任感：通过对比地球与其他行星的生存条件，增强对地球唯一性的认知，树立保护地球环境的责任感。科技发展认知：认识射电望远镜等技术对宇宙研究的推动作用，理解科学工具的进步对人类认知边界的拓展意义。 知识点一、从太阳系到银河系 1．太阳系结构 太阳系的诞生 太阳系是大约50亿年前由星际气体和尘埃构成的云状物形成的。引力的作用使云状物开始收缩，并且在云状物中心产生了一团高密度的球状气体，高密度区域的温度最终升高到足以引起核反应的程度，这时它便形成了我们这个系统中的恒星——太阳。同时，引力作用还使云状物以越来越快的速度旋转，在旋转过程中，云状物中的物质被展平成一个围绕着中心旋转的圆盘，盘中的物质又形成了太阳系中较小的天体，这些天体包括行星、小行星和彗星。 2．太阳系和银河系的结构 太阳系 银河系 组成 太阳系的成员包括一颗恒星、八大行星、六十六颗卫星、2 000 多颗小行星以及数量众多的彗星、流星和星际物质等。离太阳系最近的恒星“比邻星”距离地球约4.3 l.y.(光年) 银河系是由3 000 多亿颗恒星形成的巨大星系。银河系的尺度大约是1.0× 105 l.y.(光年)，相当于9.460 5×1017 km 光年(l.y.)：光在真空中一年走过的距离。 1 l.y=9.4605×1012k m。 典例01 下列不属于行星的是（　　） A．天王星 B．海王星 C．冥王星 D．地球 【答案】C 【解析】太阳系中的八大行星是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 知识点二、宇宙到底有多大 1．宇宙的尺度 人类能够观测到的范围：1.37×1010 l.y.(光年)。在这个可观测到的范围内有上千亿个星系。每个星系约有1 000 亿颗恒星，估计宇宙间恒星总数可达1022 个。 2．宇宙的层级结构 宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙是物质世界。它处于不断地运动和发展中，在空间上无边无界，在时间上无始无终。宇宙是多样而又统一的。它的多样性在于物质的表现形态；它的统一性在于其物质性。 “大爆炸宇宙论”认为：宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1927年，比利时天文学家和宇宙学家勒梅特首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年，美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。 典例02 下列选项中，按空间尺度由大到小的顺序排列，正确的是（　　） A．人、电子、原子 B．太阳系、银河系、地球 C．原子、原子核、中子 D．质子、原子核、分子 【答案】C 【解析】宇宙中拥有数十亿个星系，银河系只是这数十亿个星系中的一个，太阳只不过是银河系中几千亿颗恒星中的一员，太阳周围存在八大行星，地球只是其中的一个；物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子是由原子核和核外电子组成的，原子核是由质子和中子组成的。按空间尺度由大到小的顺序排列，正确的是：银河系、太阳系、地球、人、分子、原子、原子核、中子，故C正确，ABD错误。 故选C。 知识点三、开发新家园 1．寻找“外星人” 据天文学家推算，除银河系外，可能还有1 000 多亿个星系!而每个星系里又包含几十亿甚至上百亿个星体，假如每个星系中只有一个星体上有生命，那么，宇宙空间至少有1 000亿个星体上存在生命。 2．人类走向太空历程 月球基地 太空站 “祝融号”火星车在火星上 典例03 人类首次乘飞船进入太空的人是（　　） A．加加林 B．杨利伟 C．阿姆斯特朗 D．王亚平 【答案】A 【解析】世界上第一个乘坐宇宙飞船进入太空的是苏联宇航员加加林，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 问题一：从太阳系到银河系 【典例1】关于粒子和宇宙，下列说法正确的是（　　） A．温度为0℃时，分子的无规则运动停止 B．物理学家卢瑟福建立了原子的核式结构模型 C．摩擦起电的过程中，物体带正电是因为它得到了质子 D．宇宙是一个有层次的天体结构系统，太阳是银河系中的唯一的一颗恒星 【答案】B 【解析】A．分子在永不停息地做无规则运动，温度为0℃时，分子的无规则运动不会停止，故A错误； B．物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验，建立了原子的核式结构模型，故B正确； C．摩擦起电不是创造了电荷，而是电子的转移；物体带正电是因为它失去了电子，故C错误； D．银河系中有大约2000亿颗恒星，太阳只是银河系中的一颗普通恒星，故D错误。 故选B。 【变式1-1】下列关于宇宙的认识中正确的是（　　） A．16世纪后，哥白尼创立了“地心说”，牛顿创立了万有引力理论 B．恒星的位置是固定不变的，太阳是银河系中数以千亿计的恒星中的一颗 C．人类认识到宇宙是一个没有层次的天体结构系统 D．如图所示，教材中用类比的物理思想方法说明宇宙在不断膨胀 【答案】D 【解析】A．哥白尼创立了日心说，故A错误； B．恒星的位置是在运动的，故B错误； C．宇宙是一个有层次的天体结构系统,故C错误； D．教材中用类比的物理思想方法说明宇宙在不断膨胀，故D正确。 故选D。 【变式1-2】宇宙是一个 （有/无）层次的天体结构系统，天文学中常用光年做长度单位；在太阳系中，太阳是 （星系/恒星/行星）。 【答案】 有 恒星 【解析】[1]宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。 [2]在太阳系中，太阳自身能发光发热是恒星。 问题二：宇宙深处 【典例1】关于粒子和宇宙，下列说法不正确的是（　　） A．摩擦起电的实质是电子的转移 B．物体温度降低，分子的无规则运动减慢 C．光年是时间单位 D．宇宙是有起源的，膨胀的和演化的 【答案】C 【解析】A．不同物质对电子的束缚力不同，摩擦起电的实质是电子在物体间的转移，故A正确，不符合题意； B．温度越高分子无规则运动越剧烈。物体温度降低，分子的无规则运动减慢，故B正确，不符合题意； C．光年是长度单位，故C错误，符合题意； D．宇宙是由物质组成的，宇宙中有很多的星系，星系中又有很多星体，宇宙是一个有层次的天体结构系，并且处于不断的演化过程中。宇宙是有起源的，膨胀的和演化的，故D正确，不符合题意。 故选C。 【变式2-1】下列“宇宙层次结构”概念图，正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】宇宙是一个层次的天体结构系统，太阳是银河系中数以千亿计的恒星中的一颗，以太阳为中心的太阳系和其他的恒星系属于银河系；而银河系只是浩瀚宇宙中的普通一员，除了银河系外还有比如仙女星系等河外星系，综上分析知，故A正确，BCD错误。 故选A。 【变式2-2】关于粒子与宇宙，下列事实与对应的推论正确的是（　　） A．汤姆生发现电子——原子是可分的 B．地球绕太阳运动——太阳是宇宙中心 C．海绵容易被压缩——分子间有间隙 D．铁丝也能被拉断——分子间没有引力 【答案】A 【解析】A．汤姆生发现了电子，从而说明了原子是可以再分的，故A正确； B．地球等行星绕太阳转动，太阳是太阳系的中心，不是宇宙的中心，故B错误； C．海绵容易被压缩，说明力可以改变物体的形状，不能说明分子间有间隙，故C错误； D．铁丝也能被拉断，说明分子间的作用力在一定范围内存在，故D错误。 故选A。 【基础强化】 1．2024年5月3日，长征五号运载火箭搭载嫦娥六号探测器成功发射，这是我国自行研制的探测器再次登陆 开展科考任务，这充分体现了我国蒸蒸日上的航天事业对人类探索宇宙做出了巨大贡献。 【答案】月球 【解析】2024年5月3日，长征五号运载火箭搭载嫦娥六号探测器成功发射，这是我国自行研制的探测器再次登陆月球开展科考任务，这充分体现了我国蒸蒸日上的航天事业对人类探索宇宙做出了巨大贡献。 2．关于小粒子和大宇宙，人类从未停止过探索，下列认识中正确的是（　　） A．物理学家汤姆生发现了电子从而揭示了原子是可分的 B．宇宙是一个有层次的天体结构，恒星是绝对不动的 C．固体、液体很难被压缩是因为分子间存在引力 D．电子、原子、新冠病毒是按空间尺度从大到小排列的 【答案】A 【解析】A．物理学家汤姆生发现了比原子小得多的带负电荷的粒子（电子），从而揭示了原子是可分的，故A正确； B．宇宙是一个有层次的天体结构，但恒星不是绝对不动的，绝对不动的物体是不存在的，故B错误； C．固体、液体很难被压缩是因为分子间存在斥力，故C错误； D．新冠病毒属于微生物，它是由分子组成，因此新冠病毒的尺度是最大的；原子由原子核和核外电子构成，故原子大于电子，故D错误。 故选A。 3．在“银河系、宇宙、太阳系”中，尺度最大的是 ；1811年，意大利物理学家阿伏加德罗把能保持物质的性质不变的最小颗粒命名为 ；“质子、中子、电子”中，不带电的是 。 【答案】 宇宙 分子 中子 【解析】[1]在“银河系、宇宙、太阳系”中，最大的是宇宙，最小的是太阳系；宇宙包含银河系，银河系包含太阳系。 [2]物质是由分子和原子构成的，分子是保持物质的性质不变的最小颗粒。 [3]“质子、中子、电子”中，质子带正电，电子带负电，中子不带电。 4．关于粒子和宇宙的说法，正确的是（　　） A．原子核由质子和中子构成，中子带正电 B．固体、液体很难被压缩，是因为分子间存在斥力 C．温度为0℃时，分子的无规则运动停止 D．太阳是宇宙的中心，恒星是绝对不动的 【答案】B 【解析】A．原子核由质子和中子构成，质子带正电，中子不带电，故A错误； B．构成固体、液体的分子之间间距很小，在被压缩时，分子间的斥力将阻止固体、液体被压缩，故B正确； C．分子永不停息地做无规则运动，在0℃时物体内的分子也是运动的，故C错误； D．宇宙是一个有层次的天体结构系统，太阳并不是宇宙的中心，恒星也不是绝对不动的，故D错误。 故选B。 5．下列关于宇宙的认识中正确的是（　　） A．16世纪后，哥白尼创立了“地心说”，牛顿创立了万有引力理论 B．恒星的位置是固定不变的，太阳是银河系中数以千亿计的恒星中的一颗 C．人类认识到宇宙是一个没有层次的天体结构系统 D．如图所示，教材中用类比的物理思想方法说明宇宙在不断膨胀 【答案】D 【解析】A．哥白尼创立了日心说，故A错误； B．恒星的位置是在运动的，故B错误； C．宇宙是一个有层次的天体结构系统,故C错误； D．教材中用类比的物理思想方法说明宇宙在不断膨胀，故D正确。 故选D。 6．下列几个关于探索粒子和宇宙过程中的典型事件的说法，其中错误的是（    ） A．哥白尼——发表《天体运行论》——认为太阳是宇宙的中心 B．卢瑟福——建立原子核式结构模型——提出原子是由原子核和电子构成的 C．汤姆生――发现了电子――说明原子核是可分的 D．牛顿——创立万有引力理论——人类第一次用科学理论来认识神秘的天体运动 【答案】C 【解析】A．哥白尼发表《天体运行论》，认为太阳是宇宙的中心，故A正确，不符合题意； B．卢瑟福建立了原子核式结构模型，该模型认为：原子是由原子核和核外电子组成的，故B正确，不符合题意； C．汤姆生发现了电子，这说明原子是可以再分的，故C错误，符合题意； D．牛顿创立万有引力理论，人类第一次用科学理论来认识神秘的天体运动，故D正确，不符合题意。 故选C。 7．列文虎克利用玻璃发明制作了世界第一台光学显微镜。用高温火焰加热玻璃棒的一端使其熔化，熔化过程中温度变化如图甲所示，由此可知玻璃是 （晶体/非晶体）；如图乙是某种病毒在25万倍电子显微镜下成的像与刻度尺比对情况，则图中刻度尺读数为 cm；从微观世界到宇宙，在银河系、宇宙、太阳系中尺度最大的是 。      【答案】 非晶体 3.60 宇宙 【解析】[1]图甲中，在熔化时，温度持续性变化，所以是非晶体。 [2]图中，刻度尺上1cm之间有10个小格，所以一个小格代表的长度是0.1cm＝1mm，即此刻度尺的分度值为1mm；图像左侧与0.00cm对齐，右侧与3.60cm对齐，故长度为3.60cm。 [3]在银河系、宇宙、太阳系中尺度最大的是宇宙。 8．对于粒子和宇宙，下列说法错误的是（　　） A．宇宙是一个有层次的天体结构系统，其中恒星也是运动的 B．用手捋过的塑料细丝会散开，说明同种电荷相互排斥 C．在水分子、氢原子核和电子中，尺度最小的是水分子 D．原子的核式结构模型认为原子是由原子核和电子构成的 【答案】C 【解析】A．宇宙是一个有层次的天体结构系统，其中恒星也是不断运动的，绝对静止的天体是不存在的，故A正确，不符合题意； B．将塑料细丝一端握紧， 用手从上向下捋几下，通过摩擦使细丝带上同种电荷，细丝张开，说明同种电荷相互排斥，故B正确，不符合题意； C．常见粒子尺度由小到大排序：电子、原子核、原子、分子。在水分子、氢原子核和电子中，尺度最大的是水分子，故C错误，符合题意； D．卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了长期以来的“枣糕状” 原子模型，建立了原子的核式结构模型：原子中心有个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，带负电的电子绕核做高速的圆周运动，故D正确，不符合题意。 故选C。 【素养提升】 9．在围绕太阳运行的八大行星中，轨道离太阳最近的是 ，离太阳最远的是 ，地球处在离太阳较近的第 条轨道上。 【答案】 水星 海王星 三 【解析】[1][2][3]在围绕太阳运行的八大行星中，离太阳的距离由近到远：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。轨道离太阳最近的是水星，离太阳最远的是海王星，地球处在离太阳较近的第三条轨道上。 10．随着科技的进步，霍金提出的黑洞理论和宇宙无边界的设想，正逐步得到证实。如下图，a、b、c、d四点分别表示处女座、大熊座、牧夫座和长蛇座四大星系离银河系的距离与它们的运动速度之间的关系。由图可知，星系离我们越远，运动的速度越快。由此可推知宇宙处在 之中。 【答案】膨胀 【解析】由图可知，星系离我们越远，运动的速度越快。星体与星体之间的距离越来越大，由此可推知宇宙处在膨胀之中。 11．迄今为止，太阳系中发现了 大行星，其中地球位于距太阳较近的第三条轨道上。若地球距离太阳，则太阳光到达地球约需要 s。 【答案】 八 500 【解析】[1]迄今为止，太阳系中发现了水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星，共八大行星。 [2]地球距离太阳，则从太阳发出的光到达地球的时间 12．下列关于“粒子和宇宙”的说法中，正确的是（　　） A．固体很难被压缩是由于固体分子间没有空隙 B．太阳是太阳系的中心，它永远是恒定不动的 C．大多数宇宙科学家认定宇宙起源于大爆炸 【答案】C 【解析】A．固体很难被压缩是由于固体分子间有相互作用的斥力，故A错误； B．太阳是太阳系的中心，但它不是永远恒定不动的，因为宇宙中绝对不动的物体是不存在的，故B错误； C．关于宇宙的起源，人类现在认同“大爆炸”理论；该理论认为，宇宙在最开始时是炽热的“原始火球”，距今约137亿年前，原始火球发生了大爆炸，故C正确。 故选C。 13．为了揭示大自然的奥秘，无数科学家进行了不懈的探索，小明根据学习做了如下笔记：①汤姆生发现了电子，从而揭示了原子核是可分的；②卢瑟福建立了类似行星绕日的原子核式结构模型；③在天文学中，用“光年”作为时间的单位；④太阳是太阳系的中心，地球是它的一颗行星。其中正确的有几个（　　） A．1个 B．2个 C．3个 D．4个 【答案】B 【解析】①汤姆生发现了电子，这一发现揭示了原子是可以再分的，即原子内部存在更小的粒子——电子。但需要注意的是，这里说的是“原子是可分的”，而不是“原子核是可分的”。原子核的可分性是在后来的研究中被揭示的。故①错误； ②卢瑟福根据α粒子散射实验的结果，提出了原子核式结构模型。在这个模型中，原子的大部分体积是空的，正电荷集中在原子中心的原子核上，而电子则像行星绕太阳一样绕着原子核运动。故②正确； ③在天文学中，“光年”是距离的单位，而不是时间的单位。它表示光在真空中传播一年的距离。故③错误； ④太阳系的中心是太阳，地球和其他行星都绕着太阳公转。地球是太阳系中的一颗行星，它有自己的卫星（如月球）和大气层等。故④正确。 故选B。 14．如图是科学家首次拍摄到的距离地球5500万光年的黑洞照片，再次验证了爱因斯坦所创立的广义相对论的正确性。光年是 单位，黑洞强大的引力连跑的最快的光都无法逃脱，因此黑洞本身 （选填“是”或“不是”）光源，边缘的可见光是由于黑洞周围物体高速旋转落入黑洞，产生摩擦振动而造成的；这种振动产生的声音 （选填“能”或“不能”）在真空中传播。 【答案】 长度 不是 不能 【解析】[1]光年是指光在真空中传播一年的距离，即是长度单位，光年一般被用于衡量天体间的距离。 [2]黑洞本身不能发光，所以黑洞不是光源。 [3]真空不能传声，所以这种振动产生的声音不能在真空中传播。 【能力培优】 15．宇宙是一个有 的天体结构系统，有着漫长的演化历史，科学家观察发现，星系在远离我们而去，这个事实提供了宇宙膨胀的证据；牛顿创立的 定律，使人们第一次用统一的理论来认识神秘的天体运动。 【答案】 层次 万有引力 【解析】[1][2]宇宙是一个有层次的天体系统，物理学家牛顿创立的万有引力理论，使人们笫一次用统一的理论来认识天体运动。 16．宇宙由许多像银河系这样的星系组成的，离银河系比较近的河外星系是 ；除太阳系外，距离地球最近的恒星是 星；太阳系由 大行星、一些小行星和 等组成。 【答案】 仙女座河外星系 比邻 八 卫星 【解析】[1]河系外像银河系这么庞大的星系叫河外星系，目前已发现大约10亿个河外星系，银河系也只是一个普通的星系，仙女座河外星系是距离银河系最近的大星系。 [2]比邻星位于半人马座，距离地球约4.22光年，是目前发现离太阳系最近的恒星。 [3][4]太阳系的大行星由水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星，八大行星，一些小行星和卫星等组成。 17．现代天文学研究表明，太阳 （选填“是”或“不是”）宇宙的中心。如图所示，向粘有金属小颗粒的气球中打气时，任一金属小颗粒与周围的其他小颗粒都相互远离。同理，我们观察到所有的星系正在远离我们而去，我们就会得出宇宙正在 （选填“膨胀”或“收缩”）的结论。 【答案】 不是 膨胀 【解析】[1]现代天文学研究表明，太阳是太阳系的中心，不是宇宙的中心。 [2]向粘有金属小颗粒的气球中打气时，气球膨胀，任一金属小颗粒与周围的其他小颗粒都相互远离，则当观察到所有的星系正在远离我们而去，我们就会得出宇宙正在膨胀的结论。 18．祝融飞天 中国航天从“天宫”建站到“嫦娥”奔月，从“天问”探火到“羲和”追日，一步步迈进探索星辰大海的伟大征程。 2021年5月22日，中国第一辆火星车“祝融号”安全驶离着陆平台，成功“打卡”火星表面，“祝融号”火星巡航速度非常慢，仅每小时40米，天问一号着陆巡视器就已成功软着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，建立了对地通信。当天一着陆，“感觉良好”，并用随身携带的相机拍了一些照片。 火星表面昼夜温差极大，研制团队为火星车配置了两套集热器，并采用了纳米气凝胶保温。火星沙尘沉积将影响太阳电池阵发电，研制团队专门针对光照、沙尘等情况，设计了蝶形四展太阳翼 （1）下列星球，空间尺度最大的是 （填选项字母）； A．地球    B．月球    C．火星    D．太阳 （2）祝融号在火星上的巡航速度大约与 （填选项字母）最相似； A．蜗牛的爬行速度 B．人行走的速度 C．汽车在高速上行驶的速度 （3）因火星表面昼夜温差极大，故“祝融号”能量损耗也很大。为此，中国科学家制造了一个和“祝融号”相似的“双胞胎”，才让“祝融号”正式在火星上登陆，这里运用的方法是 （填选项字母）； A．控制变量法    B．等效法 （4）请从上述材料中找出“祝融号”在火星上可能遇到的问题，模仿范例格式，写出对应的物理问题及解决方案（任写一条）。 问题 解决方案 火星上会有比较坚硬的石块，祝融号的轮子可能会受到损害 用硬度大的材料做祝融号的车轮 。 。 【答案】 D A B 见解析 见解析 【解析】（1）[1]宇宙由很多星系组成，银河系是其中的一个星系，太阳系又是银河系中的一个星系，地球和火星处在太阳系中，月球是地球的卫星；所以空间尺度最大的是太阳，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 （2）[2]根据求出祝融号在火星上的巡航速度为 人步行的速度约为1.1m/s，汽车在高速上行驶的最低速度约为60km/h，故A符合题意，BC不符合题意。 （3）[3]由题意可知，用“祝融号”相似的“双胞胎”模拟它登陆火星时的情况，才让“祝融号”正式在火星上登陆，是利用了等效法，故A不符合题意，B符合题意。 故选B。 （4）[4][5]问题：火星表面的昼夜温差大，解决方案：祝融号表面用保温材料；或问题：火星表面的低气压，解决方案：祝融号表面用抗压材料。 19．阅读短文，回答问题 万有引力 牛顿发现的万有引力定律是17世纪自然科学最伟大的成果之一。如图所示，任意两个物体间都有通过连心线方向上相互吸引的力，这种力叫万有引力，其计算公式为，其中F表示两个物体之间的引力，k表示万有引力常量，数值上近似，表示物体1的质量，表示物体2的质量，r表示两个物体中心之间的距离。 生活中常见的物体之间的万有引力极其微小，我们察觉不到它，可以不子考虑，但是天体系统中，由于天体的质量很大，万有引力就起着决定性的作用。在天体中质量还算很小的地球，对其他物体的万有引力已经具有巨大的影响，它把人类、大气和所有地面物体束缚在地球上，它使月球和人造地球卫星绕地球旋转而不离去。 (1)宇航员在太空中时，他们与地球之间 （选填“存在”或“不存在”）引力。 (2)下列现象的成因，与万有引力无关的是（    ） A．火箭升空 B．雨滴下落 C．抛出的实心球落回地面 D．地球绕太阳运动而不能飞离太阳 (3)同一物体在不同星球上的重力是不同的；在地球上的重力大于在月球上的重力，造成这种不同的最主要的原因是（    ） A．地球上有大量的水而月球上没有 B．地球与月球的构成成分不同 C．地球总质量大于月球的总质量 D．地球有大气层而月球没有 (4)根据材料判断，图（a）中A球对B球的吸引力 图（b）中A球对B球的吸引力（选填“大于”、“等于”或“小于”）。 【答案】(1)存在；(2)A；(3)C；(4)等于 【解析】（1）阅读材料可知：任意两个物体间都有通过连心线方向上相互吸引的力，宇航员和地球之间存在相互吸引的力。 （2）A．火箭升空是因为物体间力的作用是相互的，故A符合题意； B．雨滴下落是因为雨滴受到地球的万有引力，故B不符合题意； C．抛出的实心球落回地面是因为实心球受到地球的万有引力，故C不符合题意； D．地球绕太阳运动，地球受到太阳的万有引力而不能飞离太阳，故D不符合题意。 故选A。 （3）万有引力的大小与它们质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关，所以物体的重力在地球上和月球上不同，是因为地球总质量大于月球总质量，与是否有水、大气以及构成成分没有关系，故选C。 （4）题目中给出该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关，由图中可以看到AB的质量和距离都没变，所以力的大小也不变，所以图（b）中A球对B球的吸引力等于图（a）中A球对B球的吸引力。 20．请阅读《宇宙灯塔——脉冲星》并回答问题。 宇宙灯塔——脉冲星 截至2024年5月，有“中国天眼”之称的500m口径球面射电望远镜（FAST）发现的新脉冲星数量突破900颗，这些发现，极大拓展了人类观察宇宙视野的极限。 “中国天眼”紧盯的脉冲星是什么？脉冲星是一类高速自转的天体，具有极强的磁场，它高速自转时就在两磁极处形成了方向性很强的锥形电磁波束（如图甲所示）。由于两个电磁波束会随着脉冲星的高速自转而一起转动，它们就会像灯塔发出的两束光一样扫过宇宙空间。电磁波束每扫过地球上的射电望远镜一次，射电望远镜就会收到一个脉冲信号（如图乙所示），脉冲星便以此而得名。 脉冲星具有极其稳定的自转周期（自转一圈所用的时间），部分脉冲星的自转周期约3亿年仅变化0.1ms，因此可将脉冲星作为计时基准。 脉冲星还是宇宙中的“探针”，可应用于探测引力波。宇宙中的超大质量天体加速运动时，会产生引力波。引力波信号极其微弱，特别是纳赫兹（Hz）引力波，难以直接观测。但是，引力波会使我们收到的脉冲星的脉冲信号发生变化。我国科学家通过综合分析多个脉冲星脉冲信号的变化，于2023年6月找到了纳赫兹引力波存在的关键证据。 越来越多被发现的脉冲星，犹如宇宙中不断被点亮的灯塔，引领我们揭开更多暗藏在宇宙中的秘密。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)电磁波束每扫过射电望远镜一次，射电望远镜就会收到一个 ，脉冲星便以此而得名； (2)脉冲星能够作为计时基准是因为它具有 ； (3)科学家找到纳赫兹引力波存在的关键证据的研究方法在初中物理的学习过程中也用到过，请类比研究条形磁体周围磁场分布的方法，补全表格中①②的内容 ； 研究对象 条形磁体的磁场 纳赫兹引力波 观测“设备” 人眼 中国天眼 探测工具 铁屑 ① 可观测证据 铁屑有规则地排列 ② 推理得到的结论 条形磁体周圆的磁场有规律分布 纳赫兹引力波存在 【答案】(1)脉冲信号；(2)脉冲星具有极其稳定的自转周期；(3)脉冲星，收到的脉冲星的脉冲信号发生变化 【解析】（1）根据题文可知，电磁波束每扫过地球上的射电望远镜一次，射电望远镜就会收到一个脉冲信号。 （2）由题文可知，脉冲星具有极其稳定的自转周期（自转一圈所用的时间），部分脉冲星的自转周期约3亿年仅变化0.1ms，因此可将脉冲星作为计时基准。 （3）根据题文可知，脉冲星还是宇宙中的“探针”，可应用于探测引力波，类比铁屑研究磁场的分布；收到的脉冲星的脉冲信号发生变化，从而找到了纳赫兹引力波存在的关键证据。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十章 从粒子到宇宙 课时10.4 浩瀚的宇宙 2022年课程标准 物理素养 1.3.4 了解物质世界的大致尺寸。 物理观念：宇宙结构与尺度认知：通过太阳系、银河系及宇宙的层次关系，建立对宏观世界物质结构的基本物理观念（如地月系→太阳系→银河系→总星系→宇宙的层级关系）。天体属性理解：认识太阳作为恒星的核心地位（质量、体积的对比），以及地球在太阳系中适宜生命存在的特殊性。 科学思维：模型构建与逻辑推理：通过观察示意图（如宇宙尺度结构图），构建宏观世界的层级模型；结合数据（如太阳体积是地球的130万倍）进行天体属性的逻辑比较。批判性分析与假设：基于行星质量、大气成分等条件，推理太阳系内其他行星是否适合人类生存，并辩证讨论“外星人存在”的可能性。 科学探究：信息处理与问题驱动：通过阅读课本、观察图表（如银河系形状、宇宙层次示意图），提取关键信息（如银河系尺度约10万光年），回答“宇宙到底有多大”等核心问题。实验与数据应用：结合射电望远镜观测数据（如可观测宇宙范围达1.37×10¹⁰光年），分析宇宙尺度的科学依据。 科学态度与责任：探索精神与科学愿景：激发对宇宙奥秘的好奇心，认同人类探索太空的意义。辩证思考与责任感：通过对比地球与其他行星的生存条件，增强对地球唯一性的认知，树立保护地球环境的责任感。科技发展认知：认识射电望远镜等技术对宇宙研究的推动作用，理解科学工具的进步对人类认知边界的拓展意义。 知识点一、从太阳系到银河系 1．太阳系结构 太阳系的诞生 太阳系是大约50亿年前由星际气体和尘埃构成的云状物形成的。引力的作用使云状物开始收缩，并且在云状物中心产生了一团高密度的球状气体，高密度区域的温度最终升高到足以引起核反应的程度，这时它便形成了我们这个系统中的恒星——太阳。同时，引力作用还使云状物以越来越快的速度旋转，在旋转过程中，云状物中的物质被展平成一个围绕着中心旋转的圆盘，盘中的物质又形成了太阳系中较小的天体，这些天体包括行星、小行星和彗星。 2．太阳系和银河系的结构 太阳系 银河系 组成 太阳系的成员包括一颗恒星、八大行星、六十六颗卫星、2 000 多颗小行星以及数量众多的彗星、流星和星际物质等。离太阳系最近的恒星“比邻星”距离地球约4.3 l.y.(光年) 银河系是由3 000 多亿颗恒星形成的巨大星系。银河系的尺度大约是1.0× 105 l.y.(光年)，相当于9.460 5×1017 km 光年(l.y.)：光在真空中一年走过的距离。 1 l.y=9.4605×1012k m。 典例01 下列不属于行星的是（　　） A．天王星 B．海王星 C．冥王星 D．地球 知识点二、宇宙到底有多大 1．宇宙的尺度 人类能够观测到的范围：1.37×1010 l.y.(光年)。在这个可观测到的范围内有上千亿个星系。每个星系约有1 000 亿颗恒星，估计宇宙间恒星总数可达1022 个。 2．宇宙的层级结构 宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙是物质世界。它处于不断地运动和发展中，在空间上无边无界，在时间上无始无终。宇宙是多样而又统一的。它的多样性在于物质的表现形态；它的统一性在于其物质性。 “大爆炸宇宙论”认为：宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1927年，比利时天文学家和宇宙学家勒梅特首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年，美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。 典例02 下列选项中，按空间尺度由大到小的顺序排列，正确的是（　　） A．人、电子、原子 B．太阳系、银河系、地球 C．原子、原子核、中子 D．质子、原子核、分子 知识点三、开发新家园 1．寻找“外星人” 据天文学家推算，除银河系外，可能还有1 000 多亿个星系!而每个星系里又包含几十亿甚至上百亿个星体，假如每个星系中只有一个星体上有生命，那么，宇宙空间至少有1 000亿个星体上存在生命。 2．人类走向太空历程 月球基地 太空站 “祝融号”火星车在火星上 典例03 人类首次乘飞船进入太空的人是（　　） A．加加林 B．杨利伟 C．阿姆斯特朗 D．王亚平 问题一：从太阳系到银河系 【典例1】关于粒子和宇宙，下列说法正确的是（　　） A．温度为0℃时，分子的无规则运动停止 B．物理学家卢瑟福建立了原子的核式结构模型 C．摩擦起电的过程中，物体带正电是因为它得到了质子 D．宇宙是一个有层次的天体结构系统，太阳是银河系中的唯一的一颗恒星 【变式1-1】下列关于宇宙的认识中正确的是（　　） A．16世纪后，哥白尼创立了“地心说”，牛顿创立了万有引力理论 B．恒星的位置是固定不变的，太阳是银河系中数以千亿计的恒星中的一颗 C．人类认识到宇宙是一个没有层次的天体结构系统 D．如图所示，教材中用类比的物理思想方法说明宇宙在不断膨胀 【变式1-2】宇宙是一个 （有/无）层次的天体结构系统，天文学中常用光年做长度单位；在太阳系中，太阳是 （星系/恒星/行星）。 问题二：宇宙深处 【典例1】关于粒子和宇宙，下列说法不正确的是（　　） A．摩擦起电的实质是电子的转移 B．物体温度降低，分子的无规则运动减慢 C．光年是时间单位 D．宇宙是有起源的，膨胀的和演化的 【变式2-1】下列“宇宙层次结构”概念图，正确的是（　　） A． B． C． D． 【变式2-2】关于粒子与宇宙，下列事实与对应的推论正确的是（　　） A．汤姆生发现电子——原子是可分的 B．地球绕太阳运动——太阳是宇宙中心 C．海绵容易被压缩——分子间有间隙 D．铁丝也能被拉断——分子间没有引力 【基础强化】 1．2024年5月3日，长征五号运载火箭搭载嫦娥六号探测器成功发射，这是我国自行研制的探测器再次登陆 开展科考任务，这充分体现了我国蒸蒸日上的航天事业对人类探索宇宙做出了巨大贡献。 2．关于小粒子和大宇宙，人类从未停止过探索，下列认识中正确的是（　　） A．物理学家汤姆生发现了电子从而揭示了原子是可分的 B．宇宙是一个有层次的天体结构，恒星是绝对不动的 C．固体、液体很难被压缩是因为分子间存在引力 D．电子、原子、新冠病毒是按空间尺度从大到小排列的 3．在“银河系、宇宙、太阳系”中，尺度最大的是 ；1811年，意大利物理学家阿伏加德罗把能保持物质的性质不变的最小颗粒命名为 ；“质子、中子、电子”中，不带电的是 。 4．关于粒子和宇宙的说法，正确的是（　　） A．原子核由质子和中子构成，中子带正电 B．固体、液体很难被压缩，是因为分子间存在斥力 C．温度为0℃时，分子的无规则运动停止 D．太阳是宇宙的中心，恒星是绝对不动的 5．下列关于宇宙的认识中正确的是（　　） A．16世纪后，哥白尼创立了“地心说”，牛顿创立了万有引力理论 B．恒星的位置是固定不变的，太阳是银河系中数以千亿计的恒星中的一颗 C．人类认识到宇宙是一个没有层次的天体结构系统 D．如图所示，教材中用类比的物理思想方法说明宇宙在不断膨胀 6．下列几个关于探索粒子和宇宙过程中的典型事件的说法，其中错误的是（    ） A．哥白尼——发表《天体运行论》——认为太阳是宇宙的中心 B．卢瑟福——建立原子核式结构模型——提出原子是由原子核和电子构成的 C．汤姆生――发现了电子――说明原子核是可分的 D．牛顿——创立万有引力理论——人类第一次用科学理论来认识神秘的天体运动 7．列文虎克利用玻璃发明制作了世界第一台光学显微镜。用高温火焰加热玻璃棒的一端使其熔化，熔化过程中温度变化如图甲所示，由此可知玻璃是 （晶体/非晶体）；如图乙是某种病毒在25万倍电子显微镜下成的像与刻度尺比对情况，则图中刻度尺读数为 cm；从微观世界到宇宙，在银河系、宇宙、太阳系中尺度最大的是 。      8．对于粒子和宇宙，下列说法错误的是（　　） A．宇宙是一个有层次的天体结构系统，其中恒星也是运动的 B．用手捋过的塑料细丝会散开，说明同种电荷相互排斥 C．在水分子、氢原子核和电子中，尺度最小的是水分子 D．原子的核式结构模型认为原子是由原子核和电子构成的 【素养提升】 9．在围绕太阳运行的八大行星中，轨道离太阳最近的是 ，离太阳最远的是 ，地球处在离太阳较近的第 条轨道上。 10．随着科技的进步，霍金提出的黑洞理论和宇宙无边界的设想，正逐步得到证实。如下图，a、b、c、d四点分别表示处女座、大熊座、牧夫座和长蛇座四大星系离银河系的距离与它们的运动速度之间的关系。由图可知，星系离我们越远，运动的速度越快。由此可推知宇宙处在 之中。 11．迄今为止，太阳系中发现了 大行星，其中地球位于距太阳较近的第三条轨道上。若地球距离太阳，则太阳光到达地球约需要 s。 12．下列关于“粒子和宇宙”的说法中，正确的是（　　） A．固体很难被压缩是由于固体分子间没有空隙 B．太阳是太阳系的中心，它永远是恒定不动的 C．大多数宇宙科学家认定宇宙起源于大爆炸 13．为了揭示大自然的奥秘，无数科学家进行了不懈的探索，小明根据学习做了如下笔记：①汤姆生发现了电子，从而揭示了原子核是可分的；②卢瑟福建立了类似行星绕日的原子核式结构模型；③在天文学中，用“光年”作为时间的单位；④太阳是太阳系的中心，地球是它的一颗行星。其中正确的有几个（　　） A．1个 B．2个 C．3个 D．4个 14．如图是科学家首次拍摄到的距离地球5500万光年的黑洞照片，再次验证了爱因斯坦所创立的广义相对论的正确性。光年是 单位，黑洞强大的引力连跑的最快的光都无法逃脱，因此黑洞本身 （选填“是”或“不是”）光源，边缘的可见光是由于黑洞周围物体高速旋转落入黑洞，产生摩擦振动而造成的；这种振动产生的声音 （选填“能”或“不能”）在真空中传播。 【能力培优】 15．宇宙是一个有 的天体结构系统，有着漫长的演化历史，科学家观察发现，星系在远离我们而去，这个事实提供了宇宙膨胀的证据；牛顿创立的 定律，使人们第一次用统一的理论来认识神秘的天体运动。 16．宇宙由许多像银河系这样的星系组成的，离银河系比较近的河外星系是 ；除太阳系外，距离地球最近的恒星是 星；太阳系由 大行星、一些小行星和 等组成。 17．现代天文学研究表明，太阳 （选填“是”或“不是”）宇宙的中心。如图所示，向粘有金属小颗粒的气球中打气时，任一金属小颗粒与周围的其他小颗粒都相互远离。同理，我们观察到所有的星系正在远离我们而去，我们就会得出宇宙正在 （选填“膨胀”或“收缩”）的结论。 18．祝融飞天 中国航天从“天宫”建站到“嫦娥”奔月，从“天问”探火到“羲和”追日，一步步迈进探索星辰大海的伟大征程。 2021年5月22日，中国第一辆火星车“祝融号”安全驶离着陆平台，成功“打卡”火星表面，“祝融号”火星巡航速度非常慢，仅每小时40米，天问一号着陆巡视器就已成功软着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，建立了对地通信。当天一着陆，“感觉良好”，并用随身携带的相机拍了一些照片。 火星表面昼夜温差极大，研制团队为火星车配置了两套集热器，并采用了纳米气凝胶保温。火星沙尘沉积将影响太阳电池阵发电，研制团队专门针对光照、沙尘等情况，设计了蝶形四展太阳翼 （1）下列星球，空间尺度最大的是 （填选项字母）； A．地球    B．月球    C．火星    D．太阳 （2）祝融号在火星上的巡航速度大约与 （填选项字母）最相似； A．蜗牛的爬行速度 B．人行走的速度 C．汽车在高速上行驶的速度 （3）因火星表面昼夜温差极大，故“祝融号”能量损耗也很大。为此，中国科学家制造了一个和“祝融号”相似的“双胞胎”，才让“祝融号”正式在火星上登陆，这里运用的方法是 （填选项字母）； A．控制变量法    B．等效法 （4）请从上述材料中找出“祝融号”在火星上可能遇到的问题，模仿范例格式，写出对应的物理问题及解决方案（任写一条）。 问题 解决方案 火星上会有比较坚硬的石块，祝融号的轮子可能会受到损害 用硬度大的材料做祝融号的车轮 。 。 19．阅读短文，回答问题 万有引力 牛顿发现的万有引力定律是17世纪自然科学最伟大的成果之一。如图所示，任意两个物体间都有通过连心线方向上相互吸引的力，这种力叫万有引力，其计算公式为，其中F表示两个物体之间的引力，k表示万有引力常量，数值上近似，表示物体1的质量，表示物体2的质量，r表示两个物体中心之间的距离。 生活中常见的物体之间的万有引力极其微小，我们察觉不到它，可以不子考虑，但是天体系统中，由于天体的质量很大，万有引力就起着决定性的作用。在天体中质量还算很小的地球，对其他物体的万有引力已经具有巨大的影响，它把人类、大气和所有地面物体束缚在地球上，它使月球和人造地球卫星绕地球旋转而不离去。 (1)宇航员在太空中时，他们与地球之间 （选填“存在”或“不存在”）引力。 (2)下列现象的成因，与万有引力无关的是（    ） A．火箭升空 B．雨滴下落 C．抛出的实心球落回地面 D．地球绕太阳运动而不能飞离太阳 (3)同一物体在不同星球上的重力是不同的；在地球上的重力大于在月球上的重力，造成这种不同的最主要的原因是（    ） A．地球上有大量的水而月球上没有 B．地球与月球的构成成分不同 C．地球总质量大于月球的总质量 D．地球有大气层而月球没有 (4)根据材料判断，图（a）中A球对B球的吸引力 图（b）中A球对B球的吸引力（选填“大于”、“等于”或“小于”）。 20．请阅读《宇宙灯塔——脉冲星》并回答问题。 宇宙灯塔——脉冲星 截至2024年5月，有“中国天眼”之称的500m口径球面射电望远镜（FAST）发现的新脉冲星数量突破900颗，这些发现，极大拓展了人类观察宇宙视野的极限。 “中国天眼”紧盯的脉冲星是什么？脉冲星是一类高速自转的天体，具有极强的磁场，它高速自转时就在两磁极处形成了方向性很强的锥形电磁波束（如图甲所示）。由于两个电磁波束会随着脉冲星的高速自转而一起转动，它们就会像灯塔发出的两束光一样扫过宇宙空间。电磁波束每扫过地球上的射电望远镜一次，射电望远镜就会收到一个脉冲信号（如图乙所示），脉冲星便以此而得名。 脉冲星具有极其稳定的自转周期（自转一圈所用的时间），部分脉冲星的自转周期约3亿年仅变化0.1ms，因此可将脉冲星作为计时基准。 脉冲星还是宇宙中的“探针”，可应用于探测引力波。宇宙中的超大质量天体加速运动时，会产生引力波。引力波信号极其微弱，特别是纳赫兹（Hz）引力波，难以直接观测。但是，引力波会使我们收到的脉冲星的脉冲信号发生变化。我国科学家通过综合分析多个脉冲星脉冲信号的变化，于2023年6月找到了纳赫兹引力波存在的关键证据。 越来越多被发现的脉冲星，犹如宇宙中不断被点亮的灯塔，引领我们揭开更多暗藏在宇宙中的秘密。 请根据上述材料，回答下列问题： (1)电磁波束每扫过射电望远镜一次，射电望远镜就会收到一个 ，脉冲星便以此而得名； (2)脉冲星能够作为计时基准是因为它具有 ； (3)科学家找到纳赫兹引力波存在的关键证据的研究方法在初中物理的学习过程中也用到过，请类比研究条形磁体周围磁场分布的方法，补全表格中①②的内容 ； 研究对象 条形磁体的磁场 纳赫兹引力波 观测“设备” 人眼 中国天眼 探测工具 铁屑 ① 可观测证据 铁屑有规则地排列 ② 推理得到的结论 条形磁体周圆的磁场有规律分布 纳赫兹引力波存在 / 学科网（北京）股份有限公司 $$