16.3 银河系 宇宙（举一反三·讲义）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

16.3 银河系 宇宙 目录 知识框架 1 知识精讲 1 【知识点1 恒星】 2 【知识点2 银河系】 3 【知识点3 宇宙】 4 课后作业 5 在17世纪以前，人们只能用肉眼观测天体，观测能力很有限。整个天空肉眼可见的恒星大约有6000 多颗，其中比较著名的有北极星、北斗七星、织女星、牵牛星、天狼星、比邻星等。仰望星空，宇宙深处蕴藏着多少奥秘？ 【知识点1 恒星】 1. 描述天体常用的单位 （1）光速：3×108m/s。 （2）光年（l.y.） 天体之间相距遥远，用米、千米作为距离单位很不方便。在天文学上，我们常常用光年作为天体距离的单位。光年指的是光在真空中一年内行进的 。光年的符号是l.y.。光年与米的换算关系是： 1 l.y.=9.46×1015m。 2. 恒星 浩瀚的宇宙令人神往。仰望苍穹，我们可以观察到许多明亮的星星，它们的相对位置似乎保持不变，人们称这些星星为 星，太阳就是一颗 星。 我们肉眼所见的恒星大部分距离地球都在几百光年以内，比邻星是离我们最近的恒星，距离地球约4.3光年。天狼星是除太阳外最亮的恒星，距离我们约8.6光年。 3. 用望远镜观测天文 在1609年首次使用望远镜观测天体，开启了天文学一个新的时代。“ ”是目前世界上最大的射电望远镜。 【例1】“离太阳系最近的恒星是半人马座的比邻星，它距离我们4.2光年”。由此可知（　　） A．比邻星是个黑洞 B．比邻星是银河系的成员之一 C．比邻星位于太阳与地球之间 D．目前的人类飞行器从地球飞到比邻星需要4.2年 【变式1-1】宇宙中恒星间的距离都非常大。为了表达起来方便一些，天文学家使用一个非常大的距离单位： ，它等于 的距离。人们在形容一个数字很大很大的时候，常说这是个“ ”。 【变式1-2】人类自远古时代，就对浩瀚的宇宙有着无尽的想象，对探索宇宙、了解宇宙有着不懈的追求。宇宙的浩瀚不能以千里计，因此，在探索宇宙过程中，我们常用到光年这一单位，它是指光在一年内传播的距离。（光速取3.0×108m/s） （1）1光年等于多少m？（保留三位有效数字，1年按365天计算） （2）若某星体上的光传播到地球上需要500光年，求该星体到地球的距离是多少km。 【知识点2 银河系】 1. 银河系 1750年首次提出银河系的概念，太阳系以及我们肉眼可见的众多恒星都属于一个更大的恒星系统—— 系。银河系是一个直径约10万光年，包含约3 000亿颗恒星的庞大盘状恒星集团，中心是一个质量相当于400万个太阳的巨型黑洞，太阳位于距离银河系中心约27 000光年的地方。太阳携带整个太阳系围绕银河系中心转动，约2.5亿年旋转一周。银河系形成至今已有约100亿年。 2. 河外星系 银河系只是宇宙中一个普通的星系，宇宙中还存在着无数个类似银河系的星系，统称为 星系。我们已知的河外星系超过1 000亿个。 3. 黑洞 黑洞是一个非常神秘的天体，由于强大的引力，使得黑洞所在的区域具有奇特的性质，外面的物体和光可以进入黑洞，而黑洞内的任何物体甚至 都无法逃离。也就是说，黑洞无法发出光或其他信息，因而外界的观察者是看不到黑洞的，这也是黑洞名称的由来。 【例2】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。 【变式2-1】科学家发现，宇宙是有层次的。下列物体中，空间尺度最大的是（     ） A．银河系 B．太阳系 C．土星 D．月球 【变式2-2】如图所示是浩瀚的银河系，已知银河系直径约10万光年，太阳位于距银河系中心大约2.4万~2.7万光年的位置。下列说法正确的是（     ） A．太阳在银河系边缘 B．太阳在银河系中心 C．太阳不在银河系中心且也不在边缘 D．以上说法都不正确 【知识点3 宇宙】 1. 宇宙 将时间、空间以及所有物质、能量构成的整体称为 。宇宙是物理学最 的研究对象。 2. 宇宙膨胀 美国天文学家哈勃通过对大量星系的观测研究发现，所有的星系都在远离我们，并且离我们越远的星系，远离的速度就越大。也就是说，随着时间的流逝，星系之间的距离在不断增加，即宇宙是在 的。 我们可用均匀画有小圆点的气球类比宇宙，小圆点可看成是宇宙中的天体。气球膨胀时，任意小圆点周围的其他小圆点都在离它远去。 3. 宇宙的演化 （1）宇宙的起源：美国核物理学家伽莫夫在前人研究工作的基础上，于1948年提出我们的宇宙诞生于138亿年前的 。根据这个理论，大爆炸之初，温度和密度极高。随着时间的推移，宇宙不断膨胀，温度逐渐下降，各种粒子开始形成。 （2）恒星和星系的形成：大爆炸之后约38万年，质子、中子和电子结合形成 ，大量原子形成分子云，最后在引力作用下形成恒星和星系。随着宇宙的膨胀，大爆炸留下的光就变成了今天探测到的宇宙微波背景辐射。 4. 物质世界的时空尺度 （1）物质：宇宙是 、 、 、 的总称。小到微观粒子，大到宇宙天体，都是物质。它们的存在与变化，都是与时间和空间紧密联系的。 （2）人类所认识的空间尺度：人类所认识的空间尺度范围：原子直径10-10m~可观测宇宙的半径1026m。 （3）人类所认识的时间尺度：人类所认识的时间尺度范围：μ子的寿命10-6s~宇宙的年龄1017s。 【例3】成长型通用光学望远镜EAST由北京大学牵头建设，其科学目标涵盖星系形成与演化、早期宇宙和暗物质、银河系和恒星演化、行星科学、天体爆发与暂现源等多个前沿领域。下列选项中，空间尺度最大的是（　　） A．行星 B．太阳系 C．银河系 D．宇宙 【变式3-1】关于宇宙起源，根据大多数宇宙科学家的认定，你认为下列说法中正确的（　　） ①宇宙诞生于距今约137亿年的一次大爆炸 ②大爆炸是整体的，涉及宇宙的全部物质及时间、空间 ③大爆炸导致宇宙空间处处膨胀温度则相应下降 ④宇宙温度下降至一定程度，逐步形成超星系团、星系团、星系及恒星、行星等 A．①②③ B．①③④ C．②④ D．①②③④ 【变式3-2】我国自古就有很多关于宇宙的思考和对其结构的认识。“四方上下曰宇，往古今来曰宙”，宇指的是空间，宙指的是时间，宇宙即时空。若我们有一天乘坐飞船从地球出发去探索宇宙，由近及远飞离的天体系统层级顺序是（　　） A．星系团、太阳系、银河系 B．银河系、太阳系、星系团 C．太阳系、银河系、星系团 D．太阳系、星系团、银河系 1. 下列物体中空间尺度最大的是（     ） A．月球 B．地球 C．太阳 D．银河系 2. “长征”“天宫”“神舟”“问天”“嫦娥”……，我国一代代科学家为探索宇宙付出了巨大的努力。下列对宇宙认识正确的是（　　） A．宇宙是一个有层次的天体结构系统 B．宇宙的大小是固定的，不再改变 C．在天文学中，用“光年”作为时间单位 D．太阳是宇宙的中心 3．关于宇宙大爆炸，下列说法错误的是（　　） A．宇宙诞生于距今约137万年前的一次原始火球大爆炸 B．大爆炸宇宙模型认为，“原始火球”的温度极高、密度极大 C．“原始火球”的爆炸导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应下降 D．大爆炸引起的宇宙膨胀一直延续至今，并将延续下去 4．关于粒子和宇宙，下列说法中正确的是（    ） A．在天文学中，用“光年”作为时间单位 B．牛顿创立了万有引力理论，是人类第一次用科学理论来认识神秘的天体运动 C．太阳是宇宙的中心，地球是太阳的一颗行星 D．原子是最小的粒子，不可再分 5．小明对“从粒子到宇宙”一章知识进行梳理，图中对应位置的内容填写正确的是（　　） A．汤姆孙 B．分子可分 C．原子核模型 D．地心说 6. 小华学习了《宇宙探秘》后，有下列认识，其中错误的是（    ） A．在太阳系中，太阳是唯一的恒星 B．牛顿创立了万有引力理论 C．根据银河系的直径大约为8万光年可知，光年是时间单位 D．宇宙是一个有层次的天体结构系统，它是有起源的、膨胀的和演化的 7．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s与它们的退行速度v之间的关系。若在我们所在的星系1观测，下列选项能类比宇宙膨胀的是（箭头方向和长短分别表示运动方向和快慢）（　　） A． B． C． D． 8．我国科学家利用中国天眼（FAST）在致密星系群——“斯蒂芬五重星系”及周围天区发现了1个尺度约为200万光年的巨大原子气体系统，该系统比银河系大20倍，为研究宇宙打开了一个崭新的窗口。关于宇宙，下列说法正确的是（　　） A．光年作为时间单位，可以衡量银河系的直径 B．大爆炸导致宇宙空间处处膨胀，且温度相应下降 C．宇宙的结构层次：太阳系→银河系→河外星系宇宙 D．“地心说”宇宙体系在科学发展史上的作用是发展“日心说”宇宙体系 9．下列物理常识，理解正确的是（　　） A．光年是时间单位 B．太阳是宇宙的中心 C．中子是查德威克发现的 D．在原子、中子、原子核中，尺度最小的是原子 10．下列图示中，能正确反映太阳系、银河系、宇宙三者之间大小关系的是（  ） A． B． C． D． 11. 地球绕太阳一周的时间为1个“地球年”，水星、金星、火星、木星、土星绕太阳一周的时间依次为0.24、0.62、1.88、11.86、29.46个“地球年”。火星绕太阳一周的时间为1个“火星年”，若以“火星年”为时间单位，绕太阳一周时间最短的是（　　） A．水星 B．地球 C．木星 D．土星 12. 下列为太阳系部分行星的信息。分析图表信息，推断正确的是（     ） 行星 直径（km） 与太阳的平均距离（×106km） 水星 4879 58 金星 12104 108 地球 12756 150 火星 6794 228 A．距离太阳越近的行星，其公转速度越小 B．距离太阳越近的行星，其公转速度越大 C．体积越大的行星，其公转速度越大 D．体积越大的行星，其公转速度越小 13. 人类对宇宙的探索一直没有停止，科学家们在人类认识宇宙的过程中做出了卓越贡献。十六世纪，哥白尼在长期天文观测和计算的基础上，质疑“地心说”，提出了“________”；天体之间相距遥远，天文学中采用________作为长度单位；现代观测发现，离我们越远的星系，远离的速度就越快，由此推断宇宙是不断________的。 14．从古至今，人类从未停下探索宇宙的脚步。某物理小组做了如图示的模拟实验：用表面粘有小颗粒的气球类比宇宙，小颗粒看成宇宙中的星系。气球膨胀时，任意小颗粒周围的其他小颗粒都在离它远去。据此可以推断宇宙是不断______的，该实验采用的物理研究方法是______。在微观世界中有一种类似行星绕日的原子结构模型，它是物理学家______在实验的基础上提出的。 15. 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。 16．天文爱好者发现，宇宙星云的颜色各不相同。搜索资料发现：a.不同温度的恒星热辐射时会发出不同颜色的光；b.维恩位移定律指出：恒星越热，热辐射时发出的光波波长越短；c.可见光的光波波长如下表所示： 色光颜色 红 橙 黄 绿 蓝 紫 光波波长（纳米） 780~622 622~597 597~577 577~492 492~455 455~400 (1)太阳系附近有甲、乙两颗恒星，甲恒星肉眼看上去是黄色的，乙恒星看上去是蓝色的。请通过上述资料分析，_________（选填“甲”或“乙”）恒星表面的温度较高，理由是：______________； (2)某同学观察到两颗恒星肉眼看上去都是蓝色的，得出这两颗恒星表面的温度是相等的。你是否支持此观点？并简述理由。______________。 17. 如图所示，迷糊教授用粘有小米粒的气球比作宇宙，小米粒比作宇宙中的星系，形象地演示了星系运动的特点。当气球逐渐膨胀时，我们将会发现小米粒之间的距离在变_______（选填“大”或“小”），该实验表明宇宙正处于_______之中。 18. 我们知道，当一列火车迎面开来时，我们听到汽笛声的音调升高，当它离我们远去时音调就明显降低，这叫多普勒效应，光同样有多普勒效应．20世纪20年代科学家发现星系的光谱向频率低的方向偏移（谱线“红移”），这一现象说明星系在_________（“远离”或“靠近”）我们。由此人们认识到宇宙在_________（“膨胀”或“收缩”），从而推测宇宙诞生于约137亿年前的一次___________。 19．阅读《宇宙大爆炸》，回答下列小题。 宇宙大爆炸 宇宙由何而来？是困扰着现代物理学和天文学的一个难题。1946年，有科学家提出，宇宙起源于大约137亿年以前的一次大爆炸。大爆炸理论是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙在不断地膨胀，使物质从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸，但是科学家一直没有找到支持大爆炸理论的直接证据。 后来，科学家注意到，从我们所处的银河系观察，银河系外的星系（即河外星系）发出的光，绝大部分颜色会偏“红”，个别也有几个颜色偏“蓝”，分别称为“红移”和“蓝移”。理论分析表明，发生红移的河外星系，表示它在远离我们。蓝移则表示相应的星系在靠近我们。我们（银河系）之外的其他星系群和星系团中的星系几乎都表现出红移，而且离我们越远的星系，红移量越大。这似乎表明，绝大多数星系都在远离我们，而且离我们越远的星系，远离越快。天文学家通过反复观测，得出一条规律：河外星系远离我们的速度v与它到我们的距离s成正比，这条规律被称为哈勃定律，其数学表达式为v=Hs，式中H称为哈勃常数。哈勃定律的发现，有力支持了宇宙大爆炸学说。 根据上述材料，回答下列问题： （1）如果我们看到某个星系发出的光的颜色偏“红”，说明这个星系正在______我们。 （2）类比得出速度、密度单位的方法，可推理得出哈勃常数H的单位是（　　） A．米（） B．秒（） C．米（） D．秒（） （3）若距离我们约33亿光年的“长蛇Ⅱ星系团”远离我们的速度约为，则距离我们约22亿光年的“牧夫座星系团”，远离我们的速度约为______。 20. 请阅读《距离》并回答题。 距离 人们常说距离产生美，因为遥远的距离会带来神秘感，但是天文学家更喜欢刨根问底，他们要问：遥远到底有多远呢？ 如图所示的照片里面有两颗看上去非常明亮的“恒星”，从肉眼的判别来讲，你很难看出它们的差异，但是人们发现其实在这里面有一颗并不是恒星，通过测量距离及更加细致的研究，发现这个叫做3C273的类星体，其实是一个超大质量的黑洞。这个黑洞离我们距离有24亿光年，而这个黑洞的质量至少是900万倍的太阳质量，所以，从这个例子我们可以认识到只有知道了距离，我们才能够正确地去了解这个天体的本质。    天文学上有一种简单的测量距离的方法，叫做三角测距法。所谓的三角测距，其实就是用一根足够长的基线去测量我们想要观测的天体对基线所张的角度，测出基线的长度和天体对基线所张的角度，再利用三角形的一些基本规律就可以比较或测量天体间的距离了。这个办法看上去非常简单，但是在天文学的应用里面，却有着非常深远的意义。 譬如说，在古希腊时代，就有一位天文学家，通过看到的月亮的月相（其实反映了月亮、地球和太阳三者之间的几何关系）来测量地球与太阳、地球与月亮之间的距离的关系。他首先从上弦月开始，示意图如图所示，他发现月亮、地球和太阳构成的这个三角形非常接近于直角三角形（但是两者还是有很小的差异），于是由直角三角形的一些基本的规律可以知道，太阳和地球、月亮和地球这两条边的比例，它们的长度之比是多少呢？约是20，所以说太阳远远比月亮要处于更远的距离上面，这是他得到的第一个结论。日常的生活经验告诉我们，在白天你去观察太阳，在夜晚你去观察月亮，你会发现它们的大小看上去是相当的，或者说它们的直径看上去是非常相近的，那反映的就是它们自身的半径也约是20倍的比例，所以，他得到的第二个结论是太阳比月亮大很多。    三角测距法也有它的局限，对于更加遥远的天体，再强大的望远镜也没有办法去分辨它们进行距离测量，所以，科学家根据需要创造发明了其他的更加有效的办法去测量天体间的距离。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）文中提到的黑洞的质量至少是__________倍的太阳质量。 （2）文中的古希腊天文学家，测量地球与太阳、地球与月亮之间的距离的关系时，得出的第一个结论是太阳远远比月亮要处于更远的距离上面，文中给出的这个结论得出的依据是__________。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 16.3 银河系 宇宙 目录 知识框架 1 知识精讲 1 【知识点1 恒星】 2 【知识点2 银河系】 3 【知识点3 宇宙】 5 课后作业 7 在17世纪以前，人们只能用肉眼观测天体，观测能力很有限。整个天空肉眼可见的恒星大约有6000 多颗，其中比较著名的有北极星、北斗七星、织女星、牵牛星、天狼星、比邻星等。仰望星空，宇宙深处蕴藏着多少奥秘？ 【知识点1 恒星】 1. 描述天体常用的单位 （1）光速：3×108m/s。 （2）光年（l.y.） 天体之间相距遥远，用米、千米作为距离单位很不方便。在天文学上，我们常常用光年作为天体距离的单位。光年指的是光在真空中一年内行进的距离。光年的符号是l.y.。光年与米的换算关系是： 1 l.y.=9.46×1015m。 2. 恒星 浩瀚的宇宙令人神往。仰望苍穹，我们可以观察到许多明亮的星星，它们的相对位置似乎保持不变，人们称这些星星为恒星，太阳就是一颗恒星。 我们肉眼所见的恒星大部分距离地球都在几百光年以内，比邻星是离我们最近的恒星，距离地球约4.3光年。天狼星是除太阳外最亮的恒星，距离我们约8.6光年。 3. 用望远镜观测天文 伽利略在1609年首次使用望远镜观测天体，开启了天文学一个新的时代。“中国天眼”是目前世界上最大的射电望远镜。 【例1】“离太阳系最近的恒星是半人马座的比邻星，它距离我们4.2光年”。由此可知（　　） A．比邻星是个黑洞 B．比邻星是银河系的成员之一 C．比邻星位于太阳与地球之间 D．目前的人类飞行器从地球飞到比邻星需要4.2年 【答案】B 【详解】A．比邻星是半人马座的一颗恒星，能自行发光，而黑洞不会发光，故A不符合题意； B．银河系包含太阳系及大量恒星，半人马座位于银河系内，因此比邻星属于银河系，故B符合题意； C．太阳与地球的平均距离约1.5×108km（约8光分），而比邻星距离地球4.2光年（约4×1013km），远大于日地距离，故C不符合题意； D．飞行器的速度远远低于光速，若飞行器速度为光速的0.1%，则飞行器从地球飞到比邻星需要的时间 远超过4.2年，故D不符合题意。 故选B。 【变式1-1】宇宙中恒星间的距离都非常大。为了表达起来方便一些，天文学家使用一个非常大的距离单位： ，它等于 的距离。人们在形容一个数字很大很大的时候，常说这是个“ ”。 【答案】 光年 光在一年内传播 天文数字 【详解】宇宙中恒星间的距离都非常大，天文学家使用了一个非常大的距离单位是光年，它等于光在一年内传播的距离，此距离非常大，但方便描述恒星间的距离。 天文学上用的数字极大，通常在亿以上，因称极大的数字为天文数字。人们在形容一个数字很大很大的时候，常说这是个“天文数字”。 【变式1-2】人类自远古时代，就对浩瀚的宇宙有着无尽的想象，对探索宇宙、了解宇宙有着不懈的追求。宇宙的浩瀚不能以千里计，因此，在探索宇宙过程中，我们常用到光年这一单位，它是指光在一年内传播的距离。（光速取3.0×108m/s） （1）1光年等于多少m？（保留三位有效数字，1年按365天计算） （2）若某星体上的光传播到地球上需要500光年，求该星体到地球的距离是多少km。 【答案】（1）9.46×1015m；（2）4.73×1015km 【详解】（1）光在一年内通过的路程叫光年，则 1光年=3×108m/s×365×24×3600s≈9.46×1015m （2）该星体到地球的距离 s=500×9.46×1015m=4.73×1018m=4.73×1015km 答：（1）1光年等于9.46×1015m； （2）若某星体上的光传播到地球上需要500光年，该星体到地球的距离是4.73×1015km。 【知识点2 银河系】 1. 银河系 1750年首次提出银河系的概念，太阳系以及我们肉眼可见的众多恒星都属于一个更大的恒星系统——银河系。银河系是一个直径约10万光年，包含约3 000亿颗恒星的庞大盘状恒星集团，中心是一个质量相当于400万个太阳的巨型黑洞，太阳位于距离银河系中心约27 000光年的地方。太阳携带整个太阳系围绕银河系中心转动，约2.5亿年旋转一周。银河系形成至今已有约100亿年。 2. 河外星系 银河系只是宇宙中一个普通的星系，宇宙中还存在着无数个类似银河系的星系，统称为河外星系。我们已知的河外星系超过1 000亿个。 3. 黑洞 黑洞是一个非常神秘的天体，由于强大的引力，使得黑洞所在的区域具有奇特的性质，外面的物体和光可以进入黑洞，而黑洞内的任何物体甚至光都无法逃离。也就是说，黑洞无法发出光或其他信息，因而外界的观察者是看不到黑洞的，这也是黑洞名称的由来。 【例2】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 【详解】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。 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。 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。 【变式2-1】科学家发现，宇宙是有层次的。下列物体中，空间尺度最大的是（     ） A．银河系 B．太阳系 C．土星 D．月球 【答案】A 【详解】 银河系包含太阳系，太阳系包含土星这类行星，月球是卫星，尺度远小于土星，因此空间尺度最大的是银河系。 故选A。 【变式2-2】如图所示是浩瀚的银河系，已知银河系直径约10万光年，太阳位于距银河系中心大约2.4万~2.7万光年的位置。下列说法正确的是（     ） A．太阳在银河系边缘 B．太阳在银河系中心 C．太阳不在银河系中心且也不在边缘 D．以上说法都不正确 【答案】C 【详解】银河系直径约10万光年，太阳位于距银河系中心大约2.4万~2.7万光年的位置，说明太阳系位于银河系内部，但不在银河系中心且也不在边缘，故ABD错误，C正确。 故选C。 【知识点3 宇宙】 1. 宇宙 将时间、空间以及所有物质、能量构成的整体称为宇宙。宇宙是物理学最大的研究对象。 2. 宇宙膨胀 美国天文学家哈勃通过对大量星系的观测研究发现，所有的星系都在远离我们，并且离我们越远的星系，远离的速度就越大。也就是说，随着时间的流逝，星系之间的距离在不断增加，即宇宙是在膨胀的。 我们可用均匀画有小圆点的气球类比宇宙，小圆点可看成是宇宙中的天体。气球膨胀时，任意小圆点周围的其他小圆点都在离它远去。 3. 宇宙的演化 （1）宇宙的起源：美国核物理学家伽莫夫在前人研究工作的基础上，于1948年提出我们的宇宙诞生于138亿年前的大爆炸。根据这个理论，大爆炸之初，温度和密度极高。随着时间的推移，宇宙不断膨胀，温度逐渐下降，各种粒子开始形成。 （2）恒星和星系的形成：大爆炸之后约38万年，质子、中子和电子结合形成原子，大量原子形成分子云，最后在引力作用下形成恒星和星系。随着宇宙的膨胀，大爆炸留下的光就变成了今天探测到的宇宙微波背景辐射。 4. 物质世界的时空尺度 （1）物质：宇宙是物质、能量、时间、空间的总称。小到微观粒子，大到宇宙天体，都是物质。它们的存在与变化，都是与时间和空间紧密联系的。 （2）人类所认识的空间尺度：人类所认识的空间尺度范围：原子直径10-10m~可观测宇宙的半径1026m。 （3）人类所认识的时间尺度：人类所认识的时间尺度范围：μ子的寿命10-6s~宇宙的年龄1017s。 【例3】成长型通用光学望远镜EAST由北京大学牵头建设，其科学目标涵盖星系形成与演化、早期宇宙和暗物质、银河系和恒星演化、行星科学、天体爆发与暂现源等多个前沿领域。下列选项中，空间尺度最大的是（　　） A．行星 B．太阳系 C．银河系 D．宇宙 【答案】D 【详解】天体空间尺度从小到大排序：行星<太阳系<银河系<宇宙。 A．行星：围绕恒星运转的天体，尺度最小，故A不符合题意； B．太阳系：以太阳为中心，包含行星、卫星、小行星等，尺度大于行星，故B不符合题意； C．银河系：包含数千亿颗类似太阳的恒星，太阳系只是银河系中极小的一部分，故C不符合题意； D．宇宙：包含所有星系、星云、星际物质等全部天体与空间，是已知最大空间尺度，故D符合题意。 故选D。 【变式3-1】关于宇宙起源，根据大多数宇宙科学家的认定，你认为下列说法中正确的（　　） ①宇宙诞生于距今约137亿年的一次大爆炸 ②大爆炸是整体的，涉及宇宙的全部物质及时间、空间 ③大爆炸导致宇宙空间处处膨胀温度则相应下降 ④宇宙温度下降至一定程度，逐步形成超星系团、星系团、星系及恒星、行星等 A．①②③ B．①③④ C．②④ D．①②③④ 【答案】D 【详解】关于宇宙的起源，人类提出了很多种解释，其中被人普遍接受的为宇宙大爆炸理论，该理论认为： ①宇宙起源于“原始火球”，距今约137亿年的一次“原始火球”发生了大爆炸，故①正确； ②大爆炸是整体的，涉及宇宙的全部物质及时间、空间，故②正确； ③大爆炸导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应下降，故③正确； ④宇宙温度下降至一定程度，逐步形成超星系团、星系团、星系及恒星、行星等，故④正确。 故选D。 【变式3-2】我国自古就有很多关于宇宙的思考和对其结构的认识。“四方上下曰宇，往古今来曰宙”，宇指的是空间，宙指的是时间，宇宙即时空。若我们有一天乘坐飞船从地球出发去探索宇宙，由近及远飞离的天体系统层级顺序是（　　） A．星系团、太阳系、银河系 B．银河系、太阳系、星系团 C．太阳系、银河系、星系团 D．太阳系、星系团、银河系 【答案】C 【详解】地球是太阳系中的行星，太阳系是离地球最近的天体系统；太阳系是银河系的一部分，银河系包含约1000亿~4000亿颗恒星，太阳系位于银河系的猎户座旋臂上；银河系属于更大的天体系统——星系团，如“本星系群”包含银河系和仙女座星系等，更大的“室女座超星系团”包含本星系群。因此乘坐飞船从地球出发去探索宇宙，由近及远飞离的天体系统层级顺序是太阳系、银河系、星系团。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 1. 下列物体中空间尺度最大的是（     ） A．月球 B．地球 C．太阳 D．银河系 【答案】D 【详解】天体空间尺度关系为：月球是地球的卫星，尺度小于地球；地球是太阳系的行星，尺度小于太阳；太阳是银河系中的普通恒星，银河系包含数千亿颗类似太阳的恒星，尺度远大于太阳，即尺度排序为银河系>太阳>地球>月球。故选D。 2. “长征”“天宫”“神舟”“问天”“嫦娥”……，我国一代代科学家为探索宇宙付出了巨大的努力。下列对宇宙认识正确的是（　　） A．宇宙是一个有层次的天体结构系统 B．宇宙的大小是固定的，不再改变 C．在天文学中，用“光年”作为时间单位 D．太阳是宇宙的中心 【答案】A 【详解】A．宇宙是一个有层次的天体结构系统，从地月系、太阳系、银河系，再到河外星系，层次分明，故A正确； B．宇宙处于不断膨胀的状态，它的大小不是固定的，故B错误； C．光年是指光在真空中一年内传播的距离，它是一个长度单位，不是时间单位，故C错误； D．太阳只是太阳系的中心，并不是宇宙的中心，故D错误。 故选A。 3．关于宇宙大爆炸，下列说法错误的是（　　） A．宇宙诞生于距今约137万年前的一次原始火球大爆炸 B．大爆炸宇宙模型认为，“原始火球”的温度极高、密度极大 C．“原始火球”的爆炸导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应下降 D．大爆炸引起的宇宙膨胀一直延续至今，并将延续下去 【答案】A 【详解】A．宇宙诞生于距今约150亿年前的一次原始火球大爆炸，故A错误，符合题意； B．大爆炸宇宙模型认为，“原始火球”的温度和密度高得无法想像，故B正确，不符合题意； C．“原始火球”的爆炸导致宇宙空间处处膨胀，也导致温度相应下降，故C正确，不符合题意； D．根据宇宙大爆炸理论可推知，所有星系都在背离我们运动，所以大爆炸引起的宇宙膨胀一直延续至今，并将延续下去，故D正确，不符合题意。 故选A。 4．关于粒子和宇宙，下列说法中正确的是（    ） A．在天文学中，用“光年”作为时间单位 B．牛顿创立了万有引力理论，是人类第一次用科学理论来认识神秘的天体运动 C．太阳是宇宙的中心，地球是太阳的一颗行星 D．原子是最小的粒子，不可再分 【答案】B 【详解】A．光年表示的是光行驶一年的距离，是长度单位，不是时间单位，故A错误； B．牛顿的万有引力理论不仅解释了地球上物体的下落现象，还成功地说明了天体之间的相互作用，从而奠定了经典力学的基础，并对后世的科学研究产生了深远的影响，故B正确； C．地球绕太阳转动，太阳是太阳系的中心，不是宇宙的中心，故C错误； D．原子由原子核和核外电子构成，而原子核又由质子和中子构成，质子和中子又由更小的粒子夸克构成，故原子不是最小的粒子，故D错误。 故选B。 5．小明对“从粒子到宇宙”一章知识进行梳理，图中对应位置的内容填写正确的是（　　） A．汤姆孙 B．分子可分 C．原子核模型 D．地心说 【答案】A 【详解】A．电子是汤姆孙发现的，故A正确； B．发现电子证明原子可分，不是分子可分，故B错误； C．卢瑟福通过α粒子散射实验提出的是原子的核式结构模型，不是“原子核模型”，故C错误； D．哥白尼提出的是日心说，不是地心说，故D错误。 故选A。 6. 小华学习了《宇宙探秘》后，有下列认识，其中错误的是（    ） A．在太阳系中，太阳是唯一的恒星 B．牛顿创立了万有引力理论 C．根据银河系的直径大约为8万光年可知，光年是时间单位 D．宇宙是一个有层次的天体结构系统，它是有起源的、膨胀的和演化的 【答案】C 【详解】A．太阳系由太阳和围绕它运行的行星、卫星等天体组成，太阳是唯一能自行发光发热的恒星，故A正确，不符合题意； B．牛顿在1687年提出万有引力定律，解释了天体间的相互作用，故B正确，不符合题意； C．光年指光在真空中一年内传播的距离，是长度单位，约，而非时间单位。银河系直径用光年表示，正说明其是距离量度，故C错误，符合题意； D．现代宇宙学认为宇宙从大爆炸起源，具有星系、星系团等层次结构，并持续膨胀演化，故D正确，不符合题意。 故选C。 7．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s与它们的退行速度v之间的关系。若在我们所在的星系1观测，下列选项能类比宇宙膨胀的是（箭头方向和长短分别表示运动方向和快慢）（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】由图象可知，所有的星系都在远离我们而去，离我们越远的星系，退行越快，且箭头方向和长短分别表示运动方向和快慢； 因此，从图上看，星系2和星系3应远离星系1，且速度变快（即箭头变长），故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 8．我国科学家利用中国天眼（FAST）在致密星系群——“斯蒂芬五重星系”及周围天区发现了1个尺度约为200万光年的巨大原子气体系统，该系统比银河系大20倍，为研究宇宙打开了一个崭新的窗口。关于宇宙，下列说法正确的是（　　） A．光年作为时间单位，可以衡量银河系的直径 B．大爆炸导致宇宙空间处处膨胀，且温度相应下降 C．宇宙的结构层次：太阳系→银河系→河外星系宇宙 D．“地心说”宇宙体系在科学发展史上的作用是发展“日心说”宇宙体系 【答案】B 【详解】A．光年作为距离的单位，可以衡量银河系的直径，故A错误； B．宇宙诞生于大爆炸，并且在不断膨胀之中。大爆炸导致宇宙空间处处膨胀，且温度相应下降，故B正确； C．宇宙包含银河系和河外星系，银河系包含太阳系，故C错误； D．“地心说”宇宙体系在科学发展史上的作用是打破了天圆地方的宇宙观，“日心说”否定了地球是宇宙中心的说法，故D错误。 故选B。 9．下列物理常识，理解正确的是（　　） A．光年是时间单位 B．太阳是宇宙的中心 C．中子是查德威克发现的 D．在原子、中子、原子核中，尺度最小的是原子 【答案】C 【详解】A. 光年指光在真空中年内通过的路程，是长度的单位，故A错误； B. 太阳不是宇宙的中心，故B错误； C. 质子是由卢瑟福发现的，卢瑟福预言了中子的存在，查德威克发现了中子，故C正确； D. 在原子、中子、原子核中，尺度最小的是中子，故D错误。 故选C。 10．下列图示中，能正确反映太阳系、银河系、宇宙三者之间大小关系的是（  ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】宇宙包含银河系，银河系包含太阳系，故三者从小到大的顺序为太阳系、银河系、宇宙。 故选B。 11. 地球绕太阳一周的时间为1个“地球年”，水星、金星、火星、木星、土星绕太阳一周的时间依次为0.24、0.62、1.88、11.86、29.46个“地球年”。火星绕太阳一周的时间为1个“火星年”，若以“火星年”为时间单位，绕太阳一周时间最短的是（　　） A．水星 B．地球 C．木星 D．土星 【答案】A 【详解】火星年与地球年的关系为：1火星年=1.88地球年。 水星的火星年为 地球的火星年为 木星的火星年为 土星的火星年为 所以若以“火星年”为时间单位，绕太阳一周时间最短的是水星，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 12. 下列为太阳系部分行星的信息。分析图表信息，推断正确的是（     ） 行星 直径（km） 与太阳的平均距离（×106km） 水星 4879 58 金星 12104 108 地球 12756 150 火星 6794 228 A．距离太阳越近的行星，其公转速度越小 B．距离太阳越近的行星，其公转速度越大 C．体积越大的行星，其公转速度越大 D．体积越大的行星，其公转速度越小 【答案】B 【详解】AB．分析图表信息，距离太阳越近的行星（水星→金星→地球→火星离太阳的距离逐渐增大，但公转速度逐渐递减，所以距离太阳越近，公转速度越大，而不是越小，故A错误，B正确； CD．分析图表信息，体积最大的地球公转速度不是最大的，体积和公转速度无关，故CD错误。 故选B。 13. 人类对宇宙的探索一直没有停止，科学家们在人类认识宇宙的过程中做出了卓越贡献。十六世纪，哥白尼在长期天文观测和计算的基础上，质疑“地心说”，提出了“________”；天体之间相距遥远，天文学中采用________作为长度单位；现代观测发现，离我们越远的星系，远离的速度就越快，由此推断宇宙是不断________的。 【答案】 日心说 光年 膨胀 【详解】哥白尼质疑“地心说”，提出了日心说（也叫“日心体系”）。 天文学中常用光年作为长度单位，它指光在真空中一年内传播的距离，用来衡量天体间的遥远距离。 离我们越远的星系远离速度越快，这是哈勃定律的内容，由此推断宇宙是不断膨胀的。 14．从古至今，人类从未停下探索宇宙的脚步。某物理小组做了如图示的模拟实验：用表面粘有小颗粒的气球类比宇宙，小颗粒看成宇宙中的星系。气球膨胀时，任意小颗粒周围的其他小颗粒都在离它远去。据此可以推断宇宙是不断______的，该实验采用的物理研究方法是______。在微观世界中有一种类似行星绕日的原子结构模型，它是物理学家______在实验的基础上提出的。 【答案】 膨胀 类比法 卢瑟福 【详解】气球膨胀时表面的星系小颗粒彼此远离，对应现实宇宙的观测结论，可推断宇宙在不断膨胀。 该实验将抽象的宇宙膨胀过程，用学生熟悉的气球膨胀现象来类比演示，这种将陌生、抽象的物理过程用相似的直观模型来研究的方法是类比法。 卢瑟福在α粒子散射实验的基础上，提出了类似行星绕日的核式原子结构模型：原子中心有带正电的原子核，核外电子像行星绕太阳运转一样绕原子核运动。 15. 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 【详解】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。 16．天文爱好者发现，宇宙星云的颜色各不相同。搜索资料发现：a.不同温度的恒星热辐射时会发出不同颜色的光；b.维恩位移定律指出：恒星越热，热辐射时发出的光波波长越短；c.可见光的光波波长如下表所示： 色光颜色 红 橙 黄 绿 蓝 紫 光波波长（纳米） 780~622 622~597 597~577 577~492 492~455 455~400 (1)太阳系附近有甲、乙两颗恒星，甲恒星肉眼看上去是黄色的，乙恒星看上去是蓝色的。请通过上述资料分析，_________（选填“甲”或“乙”）恒星表面的温度较高，理由是：______________； (2)某同学观察到两颗恒星肉眼看上去都是蓝色的，得出这两颗恒星表面的温度是相等的。你是否支持此观点？并简述理由。______________。 【答案】(1) 乙 见解析 (2)见解析 【详解】（1）根据维恩位移定律，恒星越热，热辐射时发出的光波波长越短，对比表中数据可知蓝色比黄色的光波波长短，故乙恒星较热，其表面温度高于甲恒星表面。 （2）不支持此观点，由表中信息可知当恒星肉眼看上去是蓝色时，热辐射时发出的光波波长在455nm到492nm之间，在此范围内恒星看起来都是蓝色的，因此两颗恒星表面的温度不一定是相等的。 17. 如图所示，迷糊教授用粘有小米粒的气球比作宇宙，小米粒比作宇宙中的星系，形象地演示了星系运动的特点。当气球逐渐膨胀时，我们将会发现小米粒之间的距离在变_______（选填“大”或“小”），该实验表明宇宙正处于_______之中。 【答案】 大 膨胀 【详解】模拟实验中，用粘有小米粒的气球类比宇宙，小米粒可看成是宇宙中的星系，气球膨胀时，随着气球体积的增大，任意两颗小米粒之间的距离都在变大，说明星系之间的距离在变大，则宇宙正处于膨胀之中。 18. 我们知道，当一列火车迎面开来时，我们听到汽笛声的音调升高，当它离我们远去时音调就明显降低，这叫多普勒效应，光同样有多普勒效应．20世纪20年代科学家发现星系的光谱向频率低的方向偏移（谱线“红移”），这一现象说明星系在_________（“远离”或“靠近”）我们。由此人们认识到宇宙在_________（“膨胀”或“收缩”），从而推测宇宙诞生于约137亿年前的一次___________。 【答案】 远离 膨胀 宇宙大爆炸 【详解】根据多普勒效应可知，星系的光谱向频率低的方向偏移（谱线“红移”）说明星系在远离我们，可知宇宙在膨胀，可以推测我们现在的宇宙来源于宇宙大爆炸。 19．阅读《宇宙大爆炸》，回答下列小题。 宇宙大爆炸 宇宙由何而来？是困扰着现代物理学和天文学的一个难题。1946年，有科学家提出，宇宙起源于大约137亿年以前的一次大爆炸。大爆炸理论是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙在不断地膨胀，使物质从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸，但是科学家一直没有找到支持大爆炸理论的直接证据。 后来，科学家注意到，从我们所处的银河系观察，银河系外的星系（即河外星系）发出的光，绝大部分颜色会偏“红”，个别也有几个颜色偏“蓝”，分别称为“红移”和“蓝移”。理论分析表明，发生红移的河外星系，表示它在远离我们。蓝移则表示相应的星系在靠近我们。我们（银河系）之外的其他星系群和星系团中的星系几乎都表现出红移，而且离我们越远的星系，红移量越大。这似乎表明，绝大多数星系都在远离我们，而且离我们越远的星系，远离越快。天文学家通过反复观测，得出一条规律：河外星系远离我们的速度v与它到我们的距离s成正比，这条规律被称为哈勃定律，其数学表达式为v=Hs，式中H称为哈勃常数。哈勃定律的发现，有力支持了宇宙大爆炸学说。 根据上述材料，回答下列问题： （1）如果我们看到某个星系发出的光的颜色偏“红”，说明这个星系正在______我们。 （2）类比得出速度、密度单位的方法，可推理得出哈勃常数H的单位是（　　） A．米（） B．秒（） C．米（） D．秒（） （3）若距离我们约33亿光年的“长蛇Ⅱ星系团”远离我们的速度约为，则距离我们约22亿光年的“牧夫座星系团”，远离我们的速度约为______。 【答案】（1）远离 （2）D （3） 【详解】（1）根据材料中“科学家注意到，从我们所处的银河系观察，银河系外的星系（即河外星系）发出的光，绝大部分颜色会偏‘红’，个别也有几个颜色偏‘蓝’，分别称为“红移”和“蓝移”。理论分析表明，发生红移的河外星系，表示它在远离我们”可知，如果看到某个星系发出的光颜色偏“红”（即发生红移），说明这个星系正在远离我们。 （2）由哈勃定律v=Hs可得 因为速度v的单位是m/s等，距离s的单位是m，所以H的单位为 故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。 （3）由v=Hs可得 因为H是一个常数，所以“长蛇Ⅱ星系团”远离我们的速度与其到我们距离的比值等于“牧夫座星系团”远离我们的速度与其到我们距离的比值，即 解得 20. 请阅读《距离》并回答题。 距离 人们常说距离产生美，因为遥远的距离会带来神秘感，但是天文学家更喜欢刨根问底，他们要问：遥远到底有多远呢？ 如图所示的照片里面有两颗看上去非常明亮的“恒星”，从肉眼的判别来讲，你很难看出它们的差异，但是人们发现其实在这里面有一颗并不是恒星，通过测量距离及更加细致的研究，发现这个叫做3C273的类星体，其实是一个超大质量的黑洞。这个黑洞离我们距离有24亿光年，而这个黑洞的质量至少是900万倍的太阳质量，所以，从这个例子我们可以认识到只有知道了距离，我们才能够正确地去了解这个天体的本质。    天文学上有一种简单的测量距离的方法，叫做三角测距法。所谓的三角测距，其实就是用一根足够长的基线去测量我们想要观测的天体对基线所张的角度，测出基线的长度和天体对基线所张的角度，再利用三角形的一些基本规律就可以比较或测量天体间的距离了。这个办法看上去非常简单，但是在天文学的应用里面，却有着非常深远的意义。 譬如说，在古希腊时代，就有一位天文学家，通过看到的月亮的月相（其实反映了月亮、地球和太阳三者之间的几何关系）来测量地球与太阳、地球与月亮之间的距离的关系。他首先从上弦月开始，示意图如图所示，他发现月亮、地球和太阳构成的这个三角形非常接近于直角三角形（但是两者还是有很小的差异），于是由直角三角形的一些基本的规律可以知道，太阳和地球、月亮和地球这两条边的比例，它们的长度之比是多少呢？约是20，所以说太阳远远比月亮要处于更远的距离上面，这是他得到的第一个结论。日常的生活经验告诉我们，在白天你去观察太阳，在夜晚你去观察月亮，你会发现它们的大小看上去是相当的，或者说它们的直径看上去是非常相近的，那反映的就是它们自身的半径也约是20倍的比例，所以，他得到的第二个结论是太阳比月亮大很多。    三角测距法也有它的局限，对于更加遥远的天体，再强大的望远镜也没有办法去分辨它们进行距离测量，所以，科学家根据需要创造发明了其他的更加有效的办法去测量天体间的距离。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）文中提到的黑洞的质量至少是__________倍的太阳质量。 （2）文中的古希腊天文学家，测量地球与太阳、地球与月亮之间的距离的关系时，得出的第一个结论是太阳远远比月亮要处于更远的距离上面，文中给出的这个结论得出的依据是__________。 【答案】 900万 见解析 【详解】（1）根据文中材料可知，黑洞的质量至少是900万倍的太阳质量。 （2）月亮、地球和太阳构成的这个三角形非常接近于直角三角形（但是两者还是有很小的差异），于是由直角三角形的规律，太阳和地球、月亮和地球这两条边的比例，它们的长度之比约是20。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $