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第一章 宇宙中的地球.ppt

第一章 宇宙中的地球

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2019-06-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第一章 宇宙中的地球ppt》,可适用于高中教育领域

第一章宇宙中的地球本章重点:日心说太阳的结构和活动现象。第一节由地心说到日心说一、宇宙宇宙:四方上下曰宇古往今来曰宙。宇:空间宙:时间宇宙就是空间和时间的总称。宇宙是空间和时间的统一体它是由物质所组成的。在时间和空间上都是无限的空间上无边无际时间上无始无终。宇宙的形成:大爆炸理论。宇宙的形状:扁平。宇宙的大小:持续膨胀。宇宙的年龄:推算为亿年。二、地心说(天动说):地球是宇宙的中心。古代人们的视野狭小缺乏足够的宇宙观测数据。人们仅凭直觉来认识周围事物了解世界容易产生认识上的错觉。古代中国学者提出“天圆地方”的理念。日月交替、东升西降变换有序。日月星辰落向何处大地的另一面如何?古希腊人首先提出了大地是圆球的想法。地心说最初由古希腊学者欧多克斯提出后经亚里士多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。亚里士多德的地心说:宇宙是一个有限的球体分为天地两层地球位于宇宙中心所以日月围绕地球运行物体总是落向地面。地球之外有个等距天层由里到外的排列次序是:月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天此外空无一物。上帝推动了恒星天层才带动了所有天层的运动。人类居住的地球则静静地屹立在宇宙中心。托勒密认为地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星在各自的轨道上绕地球运转。行星的运动要比太阳、月球复杂些:行星在本轮上运动而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球、行星之外是镶嵌着所有恒星的天球恒星天。再外面是推动天体运动的原动天。地心说的三个主要观点:地球是球体。地球是静止不动的而且处于宇宙的中心。所有日月星辰都围绕地球转。地心说的“优点”:().星体绕着某一中心的匀角速运动符合当时占主导思想的柏拉图的假设也适合于亚里士多德的物理学易于被人们接受。().用几种圆周轨道不同的组合解释、预言了行星的运动位置解释了行星的亮度变化这与实际相差很小相比以前的体系有所改进。().地球不动的说法对当时人们的生活是令人安慰的假设也符合基督教信仰。地心说的历史地位:⑴地心说是世界上第一个行星体系模型。是世界上最早的假说演绎体系。地心说承认地球是“圆形”的并把行星从恒星中区别出来着眼于探索和揭示行星的运动规律这标志着人类对宇宙认识的一大进步。⑵地心说最重要的成就就是运用数学计算行星的运行在建立理论的过程中自始至终使用数学工具去研究和证明,开创了构建精确性理论的先河。⑶托勒密还第一次提出了“运行轨道”的概念设计出了一个本轮一个均轮模型。按照这个模型人们能够对行星的运动进行定量计算推测行星所在的位置。在一定时期里依据这个模型可以在一定程度上正确的预测天象因而在生产实践中也起过一定作用。虽然托勒密的地心体系后来被日心说取代但是它在诞生至今上千年的时间里带给西方人的东西远远多于哥白尼的日心说。它塑造了西方人的分析式的思维方式和不包含伦理观的实体自然观以及自然研究中应用数学工具的习惯。三、日心说的创立地心说中的本轮均轮模型是通过人为地规定本轮、均轮的大小及行星运行速度才使这个模型和实测结果取得一致。到中世纪后期随着观测仪器的不断改进行星的位置和运动测量越来越精确观测到的行星实际位置同这个模型的计算结果的偏差就逐渐显露出来了。信奉地心说的人们并没有认识到这是由于地心说本身的错误造成的却用增加本轮的方法来补救地心说。起初这种办法还能勉强应付后来小本轮增加到多个但仍不能满意地计算出行星的准确位置。这不能不使人怀疑地心说的正确性了。经仔细观测科学家们发现行星运行规律与托勒密的宇宙模式不吻合。古希腊天文学晚期最著名的是亚历山大学派阿里斯塔克斯是这一学派早期的代表人物是人类历史上有记载的首位提倡日心说的天文学者。他提出了“日心地动说”。哥白尼在不同的时间、不同的距离从地球上观察行星每一个行星的情况都不相同。唯独太阳的周年变化不明显。这意味着地球和太阳的距离始终没有改变。他意识到如果地球不是宇宙的中心那么宇宙的中心就是太阳。年哥白尼的《天体运行论》标志着完整的日心说宇宙模型的提出。日心说:认为地球不是宇宙的中心而是一颗普通行星太阳才是宇宙的中心地球和其他行星都绕太阳转动。布鲁诺、伽利略(天文望远镜)。日心说的出现和传播使科学从此摆脱了人为的、外在的思想束缚走向了独立发展的道路同时也推动了近代工业的兴起这才有了今天高度发达的人类文明。日心说的缺点和错误①认为太阳是宇宙的中心实际上太阳只是太阳系中的一个中心天体不是宇宙的中心②沿用了行星在圆轨道作匀速圆周运动的旧观念实际上行星轨道是椭圆的运动速度的大小也不是恒定的。因为这些错误所以日心说只能算是一种学说。而较地心说却相对好一些。因为它证明了地球是围绕太阳进行公转。第二节太阳和太阳系一、太阳系:是太阳和以太阳为中心、受它的引力支配而围绕太阳旋转的众多天体构成的天体系统。太阳的质量占其引力控制着整个太阳系。人类对太阳系的认识过程:《天体运行论》没有提出太阳系这个名词但太阳系的实际内容已具备。当时观测到最远的是土星约天文单位(亿km)。年伽利略利用天文望远镜发现银河由无数颗恒星组成发现了木星的颗卫星证明了黑子的存在。对太阳系的了解越来越多。开普勒提出行星运动的三条定律:第一定律(椭圆定律):所有行星绕太阳的运动轨道都是椭圆太阳位于椭圆的个焦点上。第二定律(面积定律):连接行星和太阳的直线在相等的时间内扫过的面积相等。第三定律(调和定律):行星绕太阳运动的公转周期(T)的平方与它们的轨道平均半径(a)的立方成正比。即行星的轨道半径越大其公转的周期越长反之就越短。年哈雷发现彗星的出没也有规律性。并做出了准确预测()。证实彗星也是太阳系的成员。牛顿总结出万有引力定律将地球上的力学推广应用到天体上使哥白尼的太阳中心说在理论上得到了圆满的解释。进入世纪天文探测技术手段大大提高通过望远镜能看到的距离越来越远接收天体发射的无线电波的射电天文望远镜制造出来了。从世纪的中期开始能够接近甚至降落到太阳系中其他天体上的空间探测器发射成功。年月日前苏联第一颗人造卫星上天拉开了人类航天时代的序幕。年月日升空的哈勃空间望远镜留在距地面千米以上没有云雾的近地空间供人们长期观测。人们看到了许多在地面上看不清的天文现象取得了许多从前未能得到的材料对太阳系的真实因果看得愈来愈清楚了。哈勃空间望远镜在地球的大气层之上因此获得了地基望远镜所没有的好处:影像不会受到大气湍流的扰动视相度绝佳又没有大气散射造成的背景光还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。二、太阳系的成员:除中心天体太阳外主要成员是行星和环绕行星的卫星。另外还有小行星、彗星、流星体、行星际物质等。行星:是环绕恒星运转而本身不发光的天体。太阳系中已经发现八大行星:按照离太阳距离的由近到远依次为水星、金星、地球、火星木星、土星、天王星和海王星。另外在火星与木星之间有一个小行星带。冥王星:海王星只能部分解释天王星实际轨道与预测轨道的差异。人们搜索冥王星的最初目标是为了解释天王星轨道的异动。年月日美国天文学家汤博发现“大行星”。但它与其他八大行星太不同了:一是体积过小质量只有月亮的二是轨道过于椭圆三是八星轨道几乎在同一平面而冥王星与八星轨道平面倾斜角达度。年月国际天文学联合会大会投票降级为“矮行星”。以地球轨道为界分为地内行星(水星、金星)和地外行星(火星、木星、土星、天王星、海王星)两类。以小行星带为界靠近太阳的水星、金星、地球、火星称为内行星远离太阳的木星、土星、天王星、海王星称为外行星。按其理化特征可明显分为两类:类地行星:水星、金星、地球、火星类木行星:木星、土星、天王星和海王星。a类地行星:因其物理特征近似地球而得名质量小体积较小密度较大卫星少固体表层重元素较多表面温度高公转周期较短自转周期较长。类地行星具有一个很特征的现象即火山作用极其普遍。火山喷出的主要是玄武质熔浆(金星上可能喷出其它成分的岩浆)。由此推断行星在演化过程中都有一个由内热所导致的部分熔融和与其相关的玄武岩浆形成的阶段。此外在所有石质星体中火山作用产物的性质十分相似说明石质星体具有相似的原始成分。行星特征的某些差异不取决于物质成分而是由其大小及其与太阳的距离等因素所决定的。水星:直径km略大于月球自转周期为天平均密度g/cm3。推断它具有直径约km的金属内核。宇宙飞船传回的影像显示水星表面充满了玄武质熔岩。熔岩流无任何变形。这些反映水星曾有过岩浆活动但是并未伴随构造运动。目前水星上不存在任何地质作用似乎是一颗死亡的行星。具有磁场磁场强度为地球的磁轴与其自转轴重合。推断其磁场成因是其液态的铁质内核在自转中发生运动从而引发磁场然而水星的自转速度慢其流体内核的运动强度较小难以引起这种程度的磁场。此外直径如此大的内核如果真是由液态铁组成其内热一定很高理应引起构造活动可是水星上并无构造活动的明显证据因而水星磁场的成因尚不很清楚。金星:表面被成分为CO的大气覆盖表面温度高达°C。高温的原因一是由于它距太阳近另外更重要的是由于金星表面CO云层所引起的温室效应。根据前苏联宇宙飞船获取的影像资料金星表面覆盖着破碎的玄武质岩块直径可达cm。某些岩块的钾含量较高(可能是花岗质岩石)。说明金星上发生过岩浆分异作用。金星密度与地球非常接近因此它很可能具有地球类似的铁质内核而且内核中至少有一部分是熔融状态。然而金星却不具备地球这样的磁场。可能是因为金星的自转速度太慢(旋转一圈需时天)不足以引起液态内核的明显运动。火星:直径km质量为地球的。火星有大气。大气密度是地球的,主要成分是CO。火星的极地有“冰帽”主要为CO有少量是水冰。火星有季节性气候变化随着气候的变化冰帽的直径发生周期性扩大和收缩。火星的密度较地球略小。成分与地球相似。火星也有一个内核。内核为固态。目前尚缺乏关于火星内部层圈构造的信息。美国勇气号火星探测器()火星的表面特征:无人宇宙飞船送回的影像表明火星南半球发育有年龄达亿年的古老外壳其上布满了亿年前形成的陨石坑火星北半球的陨石坑很少表面较平滑。可能是在较晚时期由于大规模火山作用而形成的形态特征。火星上至少有个巨大的盾状火山以及更多较小的火山。其中奥林匹斯是最大的盾状火山。火星表面发育有流水侵蚀的遗迹。有一些谷地的特点与地球上由间隙性沙漠河流切割的特点类似。有的谷地呈蛇曲状有的呈辫状分叉目前,火星上能够观察到的只有少量存在于大气中的水气及存在于极地冰帽中的水冰。火星表面的温度很低液态水不能存在因此有可能在火星表面的松散层之下有冰土存在其中埋藏着固态水。与目前的情况相反火星的过去应该是气候温暖洪水横流的。类地行星的共同特点:⑴主要由石质和铁质构成有固态表面半径和质量都较小但密度较高⑵自转较慢⑶磁场比较弱⑷卫星少或没有(地球个、火星个、水星和金星无)⑸都曾发生过部分熔融并形成玄武岩浆。类地行星也存在差别主要表现在大气、热及水的状态等方面。造成差别的原因是:1星的大小不同。这不仅控制其大气的状况更控制其内部的热特征。较小的行星冷却较快岩浆活动的过程较短。较大的行星冷却较慢岩浆活动的过程较长。2行星距太阳的远近不同。决定着水能否以液体存在。3是否存在生命。因为生命的活动必然要影响大气的成分。金星上如果有生命它的大气成分会变得同地球一样。地球上正是因为有生命活动才使大气中大量的CO被改造并以有机质及碳酸钙形式转移到岩石之中。b类木行星:其物理特征近似木星。体积大、密度小、卫星较多没有固体表面轻元素特别是气体元素较高。类木行星的共同特点:⑴主要由氢、氦、冰、甲烷、氨等构成石质和铁质只占极小的比例质量和半径均远大于地球但密度却较低没有固体的地壳。⑵自转速度较快大气层都形成气流带及强烈的气候现象如木星持续最少多年的大红斑台风。⑶有强大的磁场和类似土星环的环状构造。⑷都有为数不少的卫星。目前已知木星个卫星土星个卫星天王星个海王星个。三、太阳:太阳系中唯一的恒星是太阳系的中心天体也是太阳系的质量中心、引力中心和运转中心。太阳是一个巨大的能量源不断的向四周发射出大量的光和热。太阳的光和热是地球上大气运动和气候形成的重要因子。()日地距离:不断变化平均距离为×km在天文学上作为一个长度单位即天文单位。太阳光到达地球约需分多钟。()太阳的大小:半径为地球半径的倍表面积×km为地球表面积的倍。体积为×km为地球体积的万倍。()太阳的质量:是地球质量万多倍占太阳系总质量的等于所有行星质量的倍。平均密度为gcm,是地球平均密度的倍。()太阳的成分:太阳大气的化学成分的种类几乎与地球相同由炽热气体组成。根据光谱分析已知太阳外部大气中有种元素。其中主要是氢占总质量的其次是氦占再次为氧、碳、氮、氖等气体约占镁、镍、硅、硫、铁、钙等气体约占以上其余余种元素不足。这些元素在地球上也都存在。()太阳的结构:太阳是一个体积、质量巨大的炽热气体球由等离子体所组成。推测出太阳的结构。太阳整个均为气体内部为稠密的气体外部是稀薄的气体太阳的外层稀薄气体称为太阳大气。太阳大气的主要成分是氢(质量)与氦(质量)。太阳中心的密度和温度极高它发生着由氢聚变为氦的热核反应而该反应足以维持亿年因此太阳目前正处于中年期。内部由中心向外可划分为三个同心圈层:核反应区:热核反应产生能量的区域中心到太阳半径。超高温高压。太阳能量的是由核反应区的热核反应产生的。辐射区:能量辐射传输区。通过太阳各层物质的吸收、发射、再吸收、再发射的过程向外输送。高能γ射线逐步降低频率成为可见光和其他形式的辐射。对流区:气体处于升降起伏的对流状态。在太阳大气中产生的各种活动现象(黑子、耀斑等)均与对流区的活动有关。外部太阳大气按其物理性质不同由里到外依次分为光球、色球和日冕。光球:光球层厚约千米肉眼所见的太阳视表面。平常所见太阳光主要从光球发出。色球:从光球表面到千米高度为色球层发出的光很少日全食可见玫瑰红色的气层。边缘由细小的火舌呈锯齿状。日珥和耀斑发生在色球层。日冕:太阳大气的最外层。物质极其稀薄亮度仅及色球的千分之一。日冕中的物质以极快速度运动摆脱太阳引力的束缚向外膨胀而进入行星际空间这种现象叫“日冕膨胀”。热电离子连续不断地从太阳流出就形成太阳风。当太阳上有强烈爆发时太阳风携带着的强大等离子流可能到达地球极区形成极光。()太阳活动现象:指太阳表层的物质运动和变化过程。强烈的太阳活动能使一些波段的太阳辐射发生很大变化并把大量的物质粒子射入空间影响地球磁场和大气层。宁静太阳和扰动太阳。主要有日珥、太阳黑子和耀斑。日珥:色球层中有时有巨大的气柱升腾而起如同火焰喷舌可达几万千米甚至百万千米以上的高度然后落回日面或脱离太阳的引力而消失不见。这些气柱成为“日珥”。黑子是光球上的大气旋涡温度约℃比日面温度低多度故显暗。黑子具强烈磁场其磁场强度由小黑子的高斯到大黑子的高斯(太阳表面的普遍磁场只有~高斯)。强磁场引起表面冷却故温度较低黑子亮度只有光球的五分之一。黑子发育的多少有周期性变化每个周期约需年。黑子极盛时放出大量电磁辐射引起地球磁场的剧烈扰动和磁暴(通讯中断、电力中断)。耀斑:主要发生在色球中是日面上局部区域亮度突增的现象表现为特别明亮的斑点。是太阳上最强烈的也是对地球影响最大的活动现象。在耀斑爆发时除发射可见光外还发射大量的紫外线、X射线、γ射线还有红外线和射电辐射和高能粒子流甚至能量特高的宇宙射线。耀斑的短波辐射和带电粒子流到达地球后会引起地球上一系列的地球物理现象如磁暴、极光和电讯干扰以致中断等。()太阳常数:表示太阳辐射能力的物理量。是指当日地距离处于平均距离时单位时间内垂直投射于大气上界单位面积上全部波长的太阳辐射能量。用Ⅰ表示单位Wm。太阳常数取值Wm。相当稳定。问题与思考地心说的历史地位如何?阐述日心说的创立过程。分别叙述类地行星及类木行星的共同特点。了解主要的太阳活动现象。

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