第1节 宇宙的起源

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第1章 演化的自然
第1节 宇宙的起源
联想情景导入
自古以来，人类一直在研究周围的自然界，希望知道自然界的过去、现在和未来，从而寻找自然界演化的轨迹。
宇宙是怎样诞生的 最终是否会走向终结 这个问题一直困扰着人们。我国古代就有记载：“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。”即宇宙是天地万物的总称。千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的 那宇宙到底是怎么样的呢
重点知识详解
一、古代人类对宇宙的认识
i．神话传说——盘古开天辟地。
2．女娲补天。
3．上帝创造了天地和万物。
二、宇宙起源的证据21世纪教育网
最重要的发现——美国天文学家哈勃(Edwin Powell Hubble)的发现。
1929年哈勃通过对星系光谱的研究，总结出星系都在向远离我们的方向运动，星系离我们越远，运动的速度越快；星系间的距离在不断地扩大的结论。
星系间的距离在不断扩大的示意图
三、大爆炸宇宙论21世纪教育网
大爆炸宇宙论认为宇宙是150亿年前一次大爆炸后形成的。大约150亿年前，我们所处的宇宙全部以粒子的形式、极高的温度、极大的密度，被挤压在一个“原始火球”中。宇宙就是在这个火球的大爆炸中诞生的。大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。
大爆炸宇宙模型图
大爆炸后物质膨胀、冷却形成星系示意图
经典例题解析
[例l]宇宙起源的证据是 ( )
A．哈勃定律 B．旧约“创世纪”
C．盘古开天辟地的神话 D．女娲补天的传说
[解析]近现代的科学家用先进的科学技术，对宇宙起源做了深入的研究，发现了许多关于宇宙起源的证据。其中，最重要的发现之一，是美国天文学家哈勃的发现。他通过对星系光谱的研究，发现所有的星系都在远离我们而去，星系离我们越远，运动的速度越快；星系间的距离在不断扩大。
[答案]A
[例2]用下表中关于星系移动的数据，回答下列问题：
星 系 离银河系的距离(百万光年) 速度(千米/秒)
处女座 80 1200
大熊座 980 15000
牧夫座 2540 39000
长蛇座 3980 61000
(1)画一个曲线图说明每一个星系离银河系的距离与它的运动速度之间的关系。运动速度用x轴表示，距离用y轴表示。
(2)星系的距离与它的运动速度之间有怎样的关系 21世纪教育网
(3)你的曲线图显示出宇宙在膨胀、在收缩、还是保持着原有的体积 请解释。
[解析]本题考查的是根据题目所给数据画曲线图并对图像作出分析处理的能力。
利用描点法确定4个点，然后可画出3条折线。从该图像可知：星系离银河系的距离越远，它的移动速度就越快。因为星系离我们越远，运动的速度越快，星系间的距离在不断扩大，这说明宇宙处在不断地膨胀中，就像膨大的气球上的两个小黑点间的距离在不断变大，气球在各个方向上都向外延伸。球上的任意两黑点都在相互离去，说明了宇宙处在不断膨胀之中。21世纪教育网
[答案](1)如图 (2)星系离我们越远，运动速度就越快。 (3)宇宙是在不断地膨胀着。
[例3]准备一只气球，在其表面画上几个黑点；向气球充气，使气球不断膨胀；观察气球在膨胀过程中小黑点间及小黑点与球心问的距离变化的特点；如果这些气球小圆点代表星系，那么，这些原先靠得很近的星系之间的距离增大了吗
[解析]对气球表面上任何一个小圆点而言，在气球膨胀的过程中，其他小圆点都在不断地离它而去。宇宙中星系间的距离在不断扩大。
[答案] 星系之间的距离增大了。
考点应试必备
1．天文学家研究星系光谱后发现 ( )
A．所有星系之间都在相互远离
B．所有星系之间都在相互靠近
C．所有星系都向地球靠近21世纪教育网
D．所有星系都以地球为中心相互远离
2．下列不属于哈勃发现关于星系运动的特点的是 ( )
A．星系离我们越来越远，越远速度越快
B．所有的星系都在远离我们而去
C．星系间的距离在不断扩大
D．地球是整个宇宙的中心
3．在中国古代流传着“开天辟地”的神话，对该神话的几种说法中正确的是( )
A．这是一个科学假设
B．能科学解释宇宙起源
C．它采用了宇宙膨胀观点
D．是神话，也反映了人类对宇宙起源的探究的思想
4．下列关于宇宙起源的理论中，不属于中国古代人民对宇宙的认识的是 ( )
A．盘古开天辟地
B．上帝创造了天地和万物21世纪教育网
C．张衡的浑天说
D．“四方上下曰字，古往今来曰宙”
5．通过对星系光谱的研究发现“所有的星系都在远离我们而去；星系离我们越远，运动的速度越快”的科学家是 ( )
A．霍金 B．牛顿 C．哈勃 D．伽利略
6．宇宙是由大量不同层次的 构成的，是 的、 的、 的。
7．美国天文学家 发现星系运动有如下特点： ； ； 。
8．目前被人们广为接受的一种宇宙起源学说是 (勒梅特于l931年创建)。其主要观点——大约 年前，我们所处的宇宙全部以粒子的形式、极高的温度和密度，被挤压在一个 中。
9．英国人史蒂芬·霍金提出的 和 的设想成了现代宇宙学的重要基石。他的宇宙无边界设想是这样的：第一，宇宙是无边的；第二，
。
10．宇宙的将来——两种结局： ，或者 。无论在地球上观察，还是在其他星球上观察，都可以观察到其他星球都在远离观察点而去，这是宇宙膨胀的结果。其实，大爆炸而产生宇宙的理论也不能确定起始爆炸中心。
11．阅读下列材料《天地观的演化与宇宙的形成》，完成练习。21世纪教育网
人类对宇宙的认识，是随着实践和科学的发展而发展的。
古代生产力低下，起初人们仅是凭直观来描述天体的位置和运动，对宇宙的认识是十分粗浅的，甚至是错误的。中国古代就有“天圆如张盖，地方如棋局”的“天圆地方”说。后来又有把地球看做宇宙的中心，日月星辰都绕着地球转动的“浑天说”等学说。在西方也有托勒密的地球中心说，成为中世纪封建神权统治的工具。当时的政权、社会意识都充斥着“天命”与“天人感应”思想，在这种思想指导下，人们只能对天顶礼膜拜，否则将受到“受命于天”的朝廷的残酷惩罚。21世纪教育网
把天地观从神学的桎梏下解放出来的第一位先锋战士是伟大的波兰天文学家哥白尼，他以大量的事实论证了地球不是宇宙的中心，不是上帝创造的“诺亚之舟”，而是一颗绕太阳运作的普通行星。此后，意大利的布鲁诺、伽利略，积极支持和发展了哥白尼的学说。70年后，英国伟大的科学家牛顿，进一步从理论上证明，在万有引力的作用下，行星绕太阳运作必然遵守开普勒定律，揭示了行星运动的原因。以后，伟大的科学家爱因斯坦的相对论又更深刻地揭示了时间和空间的本质属性，同时也发展了牛顿力学。
自19世纪后期以来，大型天文望远镜的应用，分光技术的提高，使人们从一点点微弱的星光中，就可以分析出所观测到的天体距离、运动速度、质量大小、温度、压力和主要成分。瓜们知道，天和地都是物质的，只是物质的存在形式千差万别，这样就构成了宇宙物质的多样性。同时，所有的物质存在与运动又都是相互制约和互相影响的，这又构成了宇宙物质的统一性。随着空闯技术的发展，人们与宇宙的距离正在缩小。今天，人们不但研究宇宙的现状，而且通过现状探讨宇宙的未来。
大爆炸宇宙学说认为宇宙当初处于高温高密度状态，约在距今200～100亿年前发生了一次迅猛的大爆炸，随着温度的降低，原先宇宙中的中子、质子、电子、光子相结合形成元素——等离子体一一气体——星系、恒星，逐渐演化为今天的宇宙。
(1)根据上述材料判断下列对地球宇宙环境的叙述，正确的是 ( )
A．宇宙是物质的，但物质之间没有任何联系
B．宇宙是由太阳系和银河系组成的
C．宇宙从形成和发展都在运动变化，使地球处于一种不安全的宇宙环境之中
D．宇宙是物质的，物质是运动的，物质的运动和联系是有规律和层次的
(2)根据上述材料判断下列对地球字宙环境的叙述，完全正确的一组是( )
①人类认识宇宙顺序是：太阳系一银河系一河外星系一总星系；②宇宙是永恒的，宇宙中的天体也是永恒的；③宇宙中的天体处于不断地运动之中。天体之间相互吸引和相互绕转，形成天体系统；④宇宙是由物质组成的，物质是不断运动着的。
A．①②③ B．②③④ C．①②④ D．①③④
(3)“浑天说”是哪个首先系统地提出来的 ( )
A．战国时魏国人石申 B．东汉人张衡
C．南朝人祖冲之 D．唐朝人僧一行
(4)“地心说”“天人感应思想”“上帝创世说”，这些说法之所以错误的，是因为肯定了
( )
A．意识对客观事物具有反作用21世纪教育网
B．意识具有相对独立性
C．意识决定物质，而不是物质决定意识
D．意识是客观存在在人脑中的反映
12．阅读下列短文，然后回答短文后面所给出的问题，并选择出正确的答案。
大多数字宙科学家都认定：宇宙诞生于距令约l50亿年的一次大爆炸。大爆炸宇宙论现被称为宇宙学的标准理论。支持该理论的主要有以下三大观测事实：
第一件观测事实是20世纪20年代哈勃关于星系光谱“红移”的重大发现。红移，即星系光谱向长波方向偏移，而且星系离我们愈远则红移值愈大，红移值的大小由哈勃定律描述。怎么会发生这种红移的呢 我们知道，当一列火车迎面开来时，我们听到的汽笛声很高(声波的波长变短)，但当它离我们远去时，音调就明显降低(声波的波长变长)，这叫多普勒效应。光同样有多普勒效应，当一个星系离我们远去时，它的。谱线波长的音调会变长，我们就称谱线红移了。
第二件观测事实是彭齐亚斯和威尔逊于1965年发现的宇宙微波背景辐射。l964年，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊测量某一区域星系发出的射电波强度。出乎意料的是，在7.35厘米波长上他们收到了相当大的且与方向无关的微波噪声。在随后一年里，他们发觉这种微波噪声无变化。进一步的研究表明，这种热辐射就是宇宙早期原始火球高温热平衡辐射留下的遗迹。这被认为是宇宙大爆炸理论最关键的证据。21世纪教育网
第三件重要观测事实是宇宙物质的化学组成。在地球上元素序号为2的氦元素很少，但在宇宙中，其含量高居第二，仅次于1号元素氢。宇宙中，氢约占3／4，而氦约占1／4，其他所有元素的含量还不到2％。若认为氦是由于宇宙中通过恒星内部核反应产生的(4个氢原子聚变形成l个氮原子)，我们可以估计一下银河系自诞生以来一共产生了多少氯。计算表明，它仅提供了银河系中现有氨的l／l0都不到，这说明氦不可能是在一代代恒星生生灭灭的过程中产生的，而只能是宇宙形成时的原始物质组成的。根据大爆炸宇宙理论推算，现今宇宙中，9／10的氦都是在宇宙诞生后最初3分钟内形成的。
(1)对“宇宙微波背景辐射”，理解不正确的一项是 ( )
A．无论把测量天线对着宇宙的哪一个方向，都会接收到这种辐射微波
B．这种辐射微波，波长和强度都是稳定不变的
C．这种辐射微波来自于宇宙原始火球，“火球”不灭则此种辐射微波也不会消失
D．这种辐射微波发现虽属偶然，却成了“大爆炸”宇宙理论的关键证据
(2)宇宙中氦的大量存在可以证明宇宙大爆炸理论，下列陈述，与这种“证明”无关的一项是 ( )
A．在地球上所有的元素中，氦元素的数量很少
B．宇宙中氦元素的含量仅次于氢，高居第二位
C．恒星的生生灭灭，以其内部的核反应可以产生氦，但数量有限
D．氦的形成需要一定的条件，而只有宇宙的“大爆炸”才具有生成如此大量的氦的条件
(3)对于“谱线红移”的理解，不正确的一项是 ( )
A．我们在地球上所观测到的星系光谱不是稳定不变的，星系的谱线波长不断在变长
B．星系离我们越远红移值越大。这是因为，红移值是由星系间的距离本身决定的
C．从地球上观察到的红移现象，假如我们登上其他星系，也能观测到
D．从谱线红移的现象可以判断，宇宙目前仍在膨胀之中
(4)下列说法与原文意思不符的一项是 ( ) 21世纪教育网
A．宇宙仍在膨胀，这膨胀的动力就来源于最初的宇宙大爆炸
B．宇宙微波背影辐射证明有“原始火球”的存在，所以能成为“大爆炸”理论的证据
C．宇宙中的氦主要不是靠恒星的生灭产生的，这个结论不是计算出来的而是推测出来的
D．大爆炸宇宙理论因为有三大观测事实做证据，所以已成为宇宙科学家的共识
参考答案：
第l节 宇宙的起源
1．A 2．D 3．D 4．B 5．C
6．星系 均匀 无边 膨胀
7．哈勃 所有星系都在远离我们而去 星系离我们越远，运动的速度越快 星系间的距离在不断地扩大
8．大爆炸宇宙论 150亿 原始火球
9．黑洞理论 宇宙无边界 宇宙不是一个可以任意赋予初始条件或边界的一般系统
10．永远膨胀下去 会塌缩而在大挤压处终结
11．(1)D (2)D (3)B (4)C
12．(1)C (2)A (3)B (4)D
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