第十二章 小粒子与大宇宙 实践：追寻人类探索宇宙的进展 教学课件(共30张PPT)初中物理沪科版（2024）八年级全一册

(课件网) 第十二章 小粒子与大宇宙 实践：追寻人类探索宇宙的进展 一、问题缘起 人们自古以来就对宇宙充满好奇：宇宙是什么 宇宙是如何产生的 宇宙有多大 宇宙未来的发展趋势如何 现代宇宙学仍然在不断探索这些问题. 科学家们的探索进展如何 二、活动方案 本活动涉及与物理学、宇宙学、科学史相关的内容. 在下面任务中，选择自己感兴趣的一项进行调研，完成一篇相关论文. 任务一：查阅资料，了解人类对宇宙起源的研究模型与证据. 内容：宇宙起源于一个无维度的点，宇宙诞生于一次 “爆炸”，创造了时间、空间和一切物质. 在早期，宇宙处于高温、高密度的状态，随后开始膨胀并逐渐冷却，不断发生着物质与能量的相互转化和演化. 大爆炸理论 二、活动方案 红移现象———美国天文学家哈勃通过观测发现，天体的谱线具有普遍的红移现象，即天体发出的电磁波波长会变长. 这意味着这些星系正在远离我们而去，且星系退行速度和距离成正比，是宇宙膨胀演化的有力证据. 宇宙微波背景辐射———这是一种均匀分布于整个宇宙空间的微弱电磁辐射. 这种辐射被认为是宇宙大爆炸后早期高温、高密度状态遗留下来的 “余晖”，是大爆炸理论的关键证据之一. 元素丰度———宇宙中氢元素的相对丰度约为75%，氦元素的相对丰度约为25%，与大爆炸理论预测的宇宙早期核合成过程所产生的元素丰度基本相符. 二、活动方案 证据支持： 大反弹理论 内容：宇宙起源于一个非常低密度但无限大的状态，不存在奇点和黑洞等高密度区域. 宇宙自身处于一种循环状态，经历着膨胀和收缩的循环周期，当宇宙坍缩到极限时会发生 “反弹”，进入新的膨胀阶段. 二、活动方案 引力波探测———在南极的观测站，科学家发现了宇宙诞生初期的引力波. 宇宙诞生瞬间的引力波表明宇宙在早期经历过极快的暴涨阶段，这与大反弹理论中宇宙的演化过程相吻合. 理论的自洽性———大反弹理论在一定程度上可以避免大爆炸理论中难以解释的 “奇点” 问题，并且能够对宇宙的循环演化过程给出较为合理的物理描述，从理论逻辑上具有一定的吸引力，但目前其证据的确定性相对较弱. 二、活动方案 证据支持： 黑洞起源理论 内容：宇宙产生于黑洞. 黑洞是一种特殊的天体，具有极强的引力，在其内部可能存在一个隐藏的奇点. 黑洞在吞噬物质的同时也可能在释放其他物质，这些物质可能是宇宙演化的基础. 证据支持： 二、活动方案 任务二：查阅资料，了解人类对宇宙黑洞的探索历程与结果. 第一张宇宙黑洞照片 二、活动方案 早期构想———1783 年，英国自然哲学家米歇尔在论文中提出一种 “看不见的星球”.不久之后，法国数学家、天文学家拉普拉斯也提出类似想法. 他们根据牛顿万有引力定律推测，宇宙中可能存在一种在密度与太阳相同的情况下直径比太阳大几百倍、逃逸速度超过光速、能把光吸进去的 “黑暗星球”，但当时受限于观测手段和理论认识，这一构想未得到深入研究. 理论预测阶段 二、活动方案 广义相对论预�———1915 年爱因斯坦提出广义相对论，1916 年德国天文学家卡尔 史瓦西从爱因斯坦场方程中得到一个真空解，表明如果一个静态球对称星体实际半径小于一个定值，其周围会产生奇异现象，存在一个界面 “视界”，一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱，这种 “不可思议的天体” 就是黑洞. 不过，爱因斯坦最初对史瓦西的研究持否定态度，因为当时没有观测到类似天体，且史瓦西黑洞是不转动的，与所观测到的宇宙中天体都在转动的现象不符. 二、活动方案 恒星演化理论相关研究———20世纪30年代，钱德拉塞卡根据量子力学计算发现白矮星质量有上限，超过此质量则无法支撑重力. 1939 年，奥本海默和他的学生史奈德通过简化模型得到广义相 ... ...