宇宙的基本结构

宇宙的基本结构

一、星系

1.星系是由宇宙中一大群运动着的恒星、大量的气体和尘埃组成的物质系统。银河系以外的星系统称为河外星系。

2.太阳系是银河系中的一小部分，地球是太阳系中的一颗行星，月球是地球的卫星。

二、太阳系

1.太阳系由太阳和八大行星组成，这八大行星在太阳引力作用下，几乎在同一平面内绕太阳公转，距离太阳越近的行星，公转速度越大。

宇宙银河系河外星系太阳系其它恒星系地月系其它行星

2.太阳

太阳是恒星，是一颗自己能发光发热的气体星球。直径约为1.4×106Km，体积是地球的130万倍，质量的为2×1030Kg是地球的33万倍。

太阳源源不断地以电磁波的形式向四周放射能量，称太阳辐射（光），太阳每秒辐射的能量达到4×1026J，太阳的能量来自内部的核聚变。

3.八大行星

水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。其中水星、金星、地球、火星离太阳较近称内行星，木星、土星、天王星、海王星离太阳较远称外行星。内行星有坚硬的外壳，外行星无坚硬的外壳，体积巨大。

八大行星的运动特征：

共面性：轨道面之间的倾角小于4°，几乎在同一平面上。

同向性：都是自西向东运动。

近圆性：轨道的偏心率接近0，近似圆轨道。

三、地月系

1. 地球与月球组成一个双星系统称地月

系。

2.地球

地球是一颗直径约为12756Km、质量约

为6.0×1024Kg的行星，以约30Km/s的平均

速率绕太阳公转，它自转周期为24小时。

地球上生命存在的条件：

地球与太阳的距离适中，平均温度15度，大部风地区分布着液态水，非常适合生物的生长。

体积、质量适中，吸引住较多的大气和水。经过漫长的演化形成的大气，非常适合生物的呼吸。

地球自转和公转周期适中，地球上昼夜更替和季节轮回适中，适合生物的生存。

3. 月球

月球是地球的天然卫星，月球直径约为3476Km，质量约为地球的1/81，平均密度几乎与地球地壳的密度相等，月球绕地球公转的周期29天左右，自转周期与地球相同。

月球的存在对地球的一个重要影响———潮汐现象

潮汐现象主要是由于

月球对地球不同部位施加

不同的万有引力而产生的。

如图所示，A点是离月球最

近的点，在这点上，月球对

地表水的引力要大于它对

地球其他部位的引力，于是

水流向A点，形成高潮。B

点是离月球最远的点，在这点上，月球对地表水的引力要小于它对地球其他部位的引力，加上地球本身的自转，由于离心作用，水被抛在其后，这些抛在身后的水形成另一个高潮。C点和D点为两个低潮点。

三、周年视差法测恒星到地球距离

恒星离我们的距离非常遥远，但是我们可以利用地球绕太阳运动的圆形轨道直径作为基线，利用周年视差，通过几何方法来测量恒星的距离。这种方法叫做三角视差测距法。

如图中恒星A是我们想要测量其距离的星体。B、C、D是相对比较远的恒星，在1月到7月间几乎看不出移动过，而A的相对位置在这

半年里看上去却发生了变化。图中的θ角就称为周年视差。潮汐现象的形成

三角视差测距法示意图

例如：离我们最近的恒星，半人马座α星的周年视差为0.76″（你知道0.76"有多小吗？如果将手臂伸直，所看到手上拿的一张纸厚度大约为30"。），1月份和7月份地球移动的直线距离为3×1011m。估算该恒星离我们多远?（11.y=9.46×1015 m）

解答：1）sinθ=R/L，由于θ很小，所以，sinθ=θ，

L=R/θ。又θ=0.76″，

所以，θ=0.76×(2π/360)×(1/3600)≈3.68×10-6，

则L=1.5×10÷3.68×10m≈4.07×10m=4.31.y.。

47 11-616θL R

第十一章宇宙的结构和恒星的演化天体运动

1. 月球的存在对地球的影响：潮汐主要由于月球对地球的的万有引力影响而产生的。地球

上离月球最近和最远的两个点形成了潮汐现象的高潮点。

2. 太阳系共有八颗行星。从距离太阳最近行星算起，依次为水星，金星、地球、火星、木

星、土星、天王星和海王星。距离太阳越近的行星，公转速度越大。除水星和金星外，其他行星都有卫星。木星和土星的卫星最多。

3. 宇宙：所有的空间及其中的万物。光年的换算：1l.y.=9.46*10m

4. 根据今天宇宙膨胀的速度，宇宙在一二百亿年前脱胎于高温、高密状态，诞生于一次大

爆炸，这就是所谓的宇宙大爆炸假设。

5. 银河系是一种旋涡状星系。太阳系正处于其中一条旋臂的边缘。

6. 恒星的分类：1）根据恒星的物理特征来分类：体积、温度和亮度。2）按照体积大小分，

依次为超巨星、巨星、中型星、白矮星和中子星。

7. 恒星的颜色与它的表面温度有关；恒星的亮度与体积、温度、它与地球的距离有关。

8. 视差测距法测恒星距离：以日、地距离为基线，利用周年视差，通过几何方法来测量恒

星的距离的方法，叫做视差测距法。要会计算

9. 恒星的物质组成：绝大多数恒星都有着和太阳相同的化学成分：73％氢、25％的氦及2％

的其他元素。

10. 恒星演化的几个阶段：1）恒星演化分：诞生期、存在期和死亡期。2）一颗恒星的寿命

取决于它的质量，质量大的恒星寿命短。

15天体的演化

一、恒星的分类

恒星是拥有巨大且致密的等离子体，是在宇宙中靠核聚变产生的能量而自身能发热发光的星体。最接近地球的恒星就是太阳。

恒星分类是根据恒星的颜色、温度和亮度间的关系进行的。

主序参宿七北极星

毕宿五

天狼A

半人马A

太阳巨星群蓝色和蓝白色白色黄色橘红色红色超巨星群参宿四亮度度增大亮

大部分恒星分布在从图的左上到右下的对角线上，叫主序星，太阳也是一颗主序星。

白矮星群表面温度t/℃天狼B 半人马B 50000 20000 10000 6000 5000 3000 赫罗图中行星巨星中子星白矮星超巨星

二、恒星的演化

1.恒星演化分诞生期、存在期和死亡期。

质量与太阳相当的恆星的演化：（1）主序星，（2）红巨星，（3）行星状星云（位于中央的核心是白矮星，最后会冷却成为黑矮星）

2. 恒星的寿命

一颗恒星质量越大，虽然可用以“燃烧”的核燃料越多，但它放射出的能量也越多，因此它的寿命反而越短。太阳现在年龄大约为47亿年，而太阳的寿命大约为100亿年。

恒星的演化

一颗恒星的寿命的长短取

决于它的质量

物理学家和物理学史

意大利伽利略（1564—1642）创建通过理想实验探求自然规律的方法；发现匀变速运动和

摆的等时性；发明了温度计；1607年最早做了测定光速实验。

英国牛顿（1642—1727）提出三条运动定律即牛顿运动定律；提出万有引力定律；主张光

的微粒说。

英国卡文迪许（1731—1810）利用扭秤装置，测出了万有引力恒量：证明了万有引力定律。法国库仑（1736—1806）利用扭秤测量了点电荷间的静电力，总结出库仑定律。丹麦奥斯特（1777—1851）1820年发现电流周围存在磁场。

英国法拉弟（）1831年发现了电磁感应现象，总结出电磁感应定律；发明了第一个手摇

发电机。

德国楞次（1804—1865）总结出楞次定律，判断感应电流的方向。

英国麦克斯韦（1831—1879）建立了完整的电磁场理论，预言了电磁波的存在，提出了光

的电磁说。

德国赫兹（1857—1894）第一次用实验证实了电磁波的存在。

荷兰惠更斯（1629—1695）提出光的波动说，认为光是某种振动，以波的形式向周围传播。英国托马斯·杨（1773—1829）做了杨氏双缝干涉实验，成功地观察到光的干涉现象。英国赫谢耳（1738—1822）发现红外线。

德国里特在1801年发现紫外线。

德国伦琴（1845—1923）发现高速电子流射到任何固体上都会产生X射线。

德国普朗克（1858—1947）提出量子化的观念。

美国爱因斯坦（1879—1955）提出光的光子说，成功的解释了光电效应现象，建立了光电

效应方程；提出了相对论，从相对论得出了质能方程。

英国汤姆生（1856—1946）研究阴极射线，发现了电子。

美国密立根测定了电子的电量，e＝1.6×1019库。

英国卢瑟福（1871—1937）利用α粒子散射实验，提出原子的核式结构模型；1919年用

α粒子轰击氮原子核第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子。

丹麦玻尔（1885—1962）修正了卢瑟福的核式结构模型，提出了三条假说，建立了玻尔理

论，成功的解释了氢光谱规律。

法国贝克勒耳（1852—1908）从铀矿中发现了天然的放射现象。

波兰玛丽居里（1867—1934）发现新的放射性元素钋、镭。

英国查德威克1932年发现中子。

法国约里奥·居里和伊丽芙·居里夫妇第一次用人工的方法得到了放射性同位素，并发现

了正电子。